刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等的决定性因素之一。在现代化加工过程中,提高加工效率的最有效方法是采用高速切削加工技术;随着现代科学 技术和生产的发展,越来越多地采用超硬难加工材料,以提高机器设备的使用寿命和工作性能。而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性,在高速切削 领域和难加工材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。新型陶瓷刀具更由于有很高的硬度(HRA93~95),从而可加工硬度高达HRC65的各类难加工材 料,免除退火加工所消耗的电力和时问;可提高工件硬度,延长机器设备的使用寿命。陶瓷刀具的主要原料AlO和Si是地壳中最丰富的成分,可以说是取之不 尽,用之不竭的,因此新型陶瓷刀具的应用前景十分广阔。
根据Hall-petch关系,晶粒尺寸越小陶瓷材料的硬度和强度越高。当晶粒尺寸小到100nm左右时,强度和硬度会有很大突破。但是纳米 粉的活性很大,界面反应激活能较低,在烧结过程中极易长大,尽管加入抑制剂,效果仍不理想,因此目前还没有纳米级陶瓷刀具材料研制成功的报道。纳米改性、 纳米复合成功解决了晶粒的异常长大问题,纳米级粒子钉扎或进入位错区使基体晶粒内形成亚晶界,导致基体晶粒细化。纳米改性、纳米复合及超细晶粒陶瓷刀具材 料的研究与开发将是今后刀具材料发展的主要方向。
陶瓷刀具材料是一种最有前途的高速切削刀具材料,在生产中有广泛的应用前景。目前,它已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是 用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%~10%。我国陶瓷刀具的发展也十分迅速,研究与开发水平与国际相当。陶瓷刀具具有非常高 的耐磨性,它比硬质合金有更好的化学稳定性,可在高速条件下切削加工并持续较长时问,比用硬质合金刀具平均提高效率3~10倍。它实现以车代磨、以铣代抛 的高效“硬加工技术”及“干切削技术”,提高零件加工表面质量。实现干式切削,对控制环境污染和降低制造成本有广阔的应用前景。
结语
新型陶瓷刀具材料具有其它刀具材料无法比拟的优势,其发展空问非常大。通过对陶瓷刀具材料组分、制备工艺与材料设计的研究,可以在保持高硬 度、高耐磨性和红硬性的基础上,极大的提高刀具材料的韧性和抗冲击性能,制备符合现代切削技术使用要求的适宜材料。可以预料,随着各种新型陶瓷刀具材料的 使用。必将促进高效机床及高速切削技术的发展,而高效机床及高速切削技术的推广与应用,又进一步推动新型陶瓷刀具材料的使用。