非標(biāo)刀片材料的研究情況詳解
二、非標(biāo)刀片材料的基本性能
1、高速鋼
1898年由美國機(jī)械工程師泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程師懷特(M.White)發(fā)明的高速鋼至今仍是一種常用刀具材料。高速鋼是一種加人了較多w、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼,其含碳量為0.7%~1.05%.高速鋼具有較高耐熱性,其切削溫度可達(dá)6000℃,與碳素工具鋼及合金工具鋼相比,其切削速度可成倍提高。高速鋼具有良好的韌性和成形性,可用于制造幾乎所有品種的刀具,如絲錐、麻花鉆、齒輪刀具、拉刀、小直徑銑刀等。但是,高速鋼也存在耐磨性、耐熱性較差等缺陷,已難以滿足現(xiàn)代切削加工對刀具材料越來越高的要求;此外,高速鋼材料中的一些主要元素(如鎢)的儲藏資源在世界范圍內(nèi)日漸枯竭,據(jù)估計其儲量只夠再開采使用40~60年,因此高速鋼材料面臨嚴(yán)峻的發(fā)展危機(jī)。
2、陶瓷
與硬質(zhì)合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、紅硬性和耐磨性。因此,加工鋼材時,陶瓷刀具的耐用度為硬質(zhì)合金刀具的l0~20倍,其紅硬性比硬質(zhì)合金高2~6倍,且化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金。陶瓷材料的缺點是脆性大、橫向斷裂強(qiáng)度低、承受沖擊載荷能力差,這也是近幾十年來人們不斷對其進(jìn)行改進(jìn)的重點。 陶瓷刀具材料可分為三大類:①氧化鋁基陶瓷。通常是在Al2O3基體材料中加人TiC、WC、SiC、TaC、ZrO2等成分,經(jīng)熱壓制成復(fù)合陶瓷刀具,其硬度可達(dá)93~95HRA,為提高韌性,常添加少量Co、Ni等金屬。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷為SiN+TiC+Co復(fù)合陶瓷,其韌性高于氧化鋁基陶瓷,硬度則與之相當(dāng)。③氮化硅一氧化鋁復(fù)合陶瓷。又稱為賽阿龍(Sialon)陶瓷,其化學(xué)成分為77%Si3N4+13%A12O3+10%Y2O3,硬度可達(dá)1800HV,抗彎強(qiáng)度可達(dá)1.20GPa,最適合切削高溫合金和鑄鐵。
3、金屬陶瓷
金屬陶瓷與由WC構(gòu)成的硬質(zhì)合金不同,主要由陶瓷顆粒、TiC和TiN、粘結(jié)劑Ni、Co、Mo等構(gòu)成。金屬陶瓷的硬度和紅硬性高于硬質(zhì)合金,低于陶瓷材料;其橫向斷裂強(qiáng)度大于陶瓷材料,小于硬質(zhì)合金;化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性好,耐剝離磨損,耐氧化和擴(kuò)散,具有較低的粘結(jié)傾向和較高的刀刃強(qiáng)度。 金屬陶瓷刀具的切削效率和工作壽命高于硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金刀具,加工出的工件表面粗糙度??;由于金屬陶瓷與鋼的粘結(jié)性較低,因此用金屬陶瓷刀具取代涂層硬質(zhì)合金刀具加工鋼制工件時,切屑形成較穩(wěn)定,在自動化加工中不易發(fā)生長切屑纏繞現(xiàn)象,零件棱邊基本無毛刺。金屬陶瓷的缺點是抗熱震性較差,易碎裂,因此使用范圍有限。