氧化鋁(Al2O3)基陶瓷刀具材料介紹
純氧化鋁陶瓷
純氧化鋁陶瓷中的Al2O3成份占99.9%以上,多呈白色,俗稱白陶瓷。這是早期使用的陶瓷,由于其強(qiáng)度低,抗熱振性及斷裂韌性較差,切削時(shí)易崩刃,只適用于300HBW以下的鑄鐵和鋼的連續(xù)表面粗加工和半精加工,使用范圍非常有限,故目前已被其它各種Al2O3基復(fù)合陶瓷所取代。
氧化鋁-碳化物系復(fù)合陶瓷
它是在Al2O3基體中加入TiC或SiC等成份經(jīng)熱壓燒結(jié)而成的陶瓷,是目前國(guó)內(nèi)外使用Z多的陶瓷刀具材料之一。氧化鋁-碳化物系復(fù)合陶瓷適于加工各種鋼材(碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、軸承鋼、不銹鋼、淬硬鋼等)和各種鑄鐵(包括冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵等),也可加工銅合金、石墨、工程塑料和復(fù)合材料;加工鋼優(yōu)于Si3N4 基陶瓷刀具;但它不宜用來加工鋁合金、鈦合金和鉭合金,否則容易產(chǎn)生化學(xué)磨損。
納米金屬陶瓷刀具
它是在傳統(tǒng)的Al2O3 / TiC金屬陶瓷中通過加入納米材料TiN(氮化鈦)和AlN(氮化鋁),經(jīng)改性而成的一種新型Al2O3基陶瓷刀具,可細(xì)化晶粒和優(yōu)化材料力學(xué)性能。使用表明,這是高技術(shù)含量及高附加值的新型刀具,可部分取代K20(YG8)、P10(YT15)等面廣量大的硬質(zhì)合金刀具,刀具壽命可提高2倍以上,生產(chǎn)成本則與K20(YG8)刀具相當(dāng)或稍低。目前,納米陶瓷及納米復(fù)合陶瓷刀具已成為高技術(shù)陶瓷材料研究開發(fā)的一個(gè)前沿領(lǐng)域。
Al2O3 / SiCw晶須增韌陶瓷
在Al2O3陶瓷基體中添加20%∼30% SiCw晶須(是直徑小于0.6μm,長(zhǎng)度為10∼80μm的單晶,具有一定的纖維結(jié)構(gòu),抗拉強(qiáng)度為7 GPa,抗拉彈性模量超過700 GPa)而成的Al2O3 / SiCw晶須增韌陶瓷,可有效地用于斷續(xù)切削及粗車、銑削和擴(kuò)孔等工序,適于加工鎳基合金、高硬度鑄鐵和淬硬鋼等材料。SiCw晶須作用類似鋼筋混凝土中的鋼筋,能成為阻擋或改變裂紋發(fā)展的障礙,使其韌性大幅度提高。
Al2O3 /(W,Ti)C梯度功能陶瓷
它是通過控制陶瓷材料的組成分布以形成合理的梯度,從而使刀具內(nèi)部產(chǎn)生有利的殘余應(yīng)力分布來抵消切削中的外載應(yīng)力。具有表層熱導(dǎo)率高、有利于切削熱的傳出、熱膨脹系數(shù)小、結(jié)構(gòu)完整性好、不易破損等特點(diǎn)。用其加工鋼鐵材料時(shí)的刀具壽命可比同類Al2O3/(W, Ti)C復(fù)合陶瓷SG-4高1∼1.5倍,并且刀具有很好的自礪性,崩刃后仍能進(jìn)行正常切削。
Al2O3 / TiB2 和Al2O3 / ZrO2 等復(fù)合陶瓷
在Al2O3中添加TiB2、Ti(C,N) 、ZrO2等成份的陶瓷可進(jìn)一步提高材料的物理機(jī)械性能和切削加工性能,其中以Al2O3 / TiB2和Al2O3 / ZrO2使用較多。如用Al2O3/ TiB2陶瓷刀具加工40CrNiMoA鋼時(shí),刀具壽命為Al2O3/ TiC刀具的3倍,加工4Cr5MoVSi鋼時(shí),刀具抗邊界磨損能力為Al2O3 / TiC刀具的2倍。而Al2O3 / ZrO2陶瓷刀具材料的斷裂韌度、強(qiáng)度和耐磨性高,抗崩刃性能好。如用CC620刀片粗車和半精車鑄鐵和球墨鑄鐵等材料,切削速度可達(dá)900 m/min;用于加工合金鋼時(shí),粗車切削速度可達(dá)200 m/min,精車切削速度可達(dá)800 m/min。