陶瓷刀具材料具有硬度高,、耐磨性好,、耐熱性和化學穩(wěn)定性優(yōu)良等特點。
陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔點很高的Al2O3,、Si3N4等氧化物,、氮化物,再加入少量的碳化物,、氧化物或金屬等添加劑,,經制粉、壓制,、燒結而成,。
陶瓷刀具材料具有以下性能特點:
1)硬度高、耐磨性好,。陶瓷刀具的硬度雖然不及PCD(金剛石)和PCBN(聚晶立方氮化硼)高,,但大大高于硬質合金和高速鋼刀具,達到93~95HRA,。陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬質合金刀具高2~10倍,,而且刀具壽命長,,可減少換刀次數,從而大大提高了切削加工的生產效率,。因此,,陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工的高硬材料,實現「以車代磨」,。陶瓷刀具適合高速切削和硬切削,。
2)耐高溫、耐熱性好,。陶瓷刀具在1200℃以上的高溫下仍能進行切削,。陶瓷刀具具有很好的高溫力學性能,在800℃時的硬度為87HRA,在1200℃時的硬度仍達到80HRA,。隨著溫度的升高,,陶瓷刀具的高溫力學性能降低很慢。Al2O3陶瓷刀具的抗氧化性能特別好,,切削刃即使處于熾熱狀態(tài),,也能連續(xù)使用。因此,,陶瓷刀具可以實現干切削,,從而可省去切削液。
3)化學穩(wěn)定性好,。陶瓷刀具不易與金屬產生粘結,,且耐腐蝕、化學穩(wěn)定性好,,可減小刀具的粘結磨損,。
4)摩擦系數小。陶瓷刀具與金屬的親合力小,,摩擦系數小,,可減小切削力和切削溫度。這不僅減少刀具磨損,,提高刀具壽命,,而且可減小已加工表面的表面粗糙度值,因此在高速精車和精密銑削時,,可獲得以車,、銑代磨的效果。
5)原料豐富,。硬質合金中所含的W和Co等資源缺乏,,價格高昂,而陶瓷刀具材料使用的主要原料Al2O3、SiO2,、碳化物等是地球上最豐富的元素,,對發(fā)展陶瓷刀具材料十分有利。因此,,開發(fā)和使用陶瓷刀具,,對節(jié)省戰(zhàn)略性貴重金屬具有十分重要的意義。
6)強度和韌性低,、熱導率低,。陶瓷刀具材料屬典型的脆性材料,抗彎強度和沖擊韌度低,,熱導率僅為硬質合金的1/5~1/2,,而線膨脹系數卻比硬質合金高10%~30%,熱沖擊性差,。當溫度發(fā)生明顯變化時,,容易產生裂變,導致刀片破損,。
陶瓷刀具的導熱性較差,,通常進行干切削或使用潤滑劑進行切削,以減少前面與工件的摩擦,,只有在加工某些難加工材料時,加入一定的切削液,,提高刀具壽命,。使用切削液時,必須在刀具接觸工件前對切削區(qū)域澆注切削液,,直到刀具完全切削完畢為止,,同時切削液必須大量連續(xù)供應,流量不得少于4~6L/min,否則切削溫度的變化,,會加劇陶瓷刀具的崩刃甚至破損,。