陶瓷刀具的种类

陶瓷刀具的种类

氧化铝（Al2O3）基陶瓷纯氧化铝陶瓷

其中Al2O3的成份占99.9%以上，多呈白色，俗称白陶瓷。中国成都工具研究所生产的P1牌号属于这一类。它的耐磨性好，用于切削灰铸铁有较好效果，也可切削普通碳钢。但因其强度低，抗热振性及断裂韧性较差，切削时易崩刃，目前已被其它Al2O3复合陶瓷取代。

氧化铝—碳化物系复合陶瓷

它是在Al2O3基体中加入TiC、WC、MO2C、TaC、NbC、Cr3C2等成份经热压烧结而成，使用最多的是Al2O3-TiC复合陶瓷。随着TiC含量(30%~50%)的不同，其切削性能也有差异。这类陶瓷主要用于切削淬硬钢和各种耐磨铸铁。中国生产的牌号有M16、SG3、SG4和AG2等，后两种牌号还含有WC的成份。

氧化铝—碳化钛—金属系复合陶瓷

在Al2O3-TiC陶瓷中加入少量的粘结金属，如Ni和Mo等，可提高Al2O3

与TiC的连结强度，提高其使用性能，故可用于粗加工。这类陶瓷又称金属陶瓷。中国生产的牌号有AT6、LT35、LT55、M4、M5、M6、LD-1等。用其切削调质合金钢时切削速度可达一般硬质合金刀具的1~3倍，刀具寿命为硬质合金刀具的6~10倍。由于含有金属成份，所以能用电加工切割成任何形状。同时，用金刚石砂轮刃磨时，能获得较好的表面质量。LD-1是在Al2O3-TiC系陶瓷的基础上，通过添加少量的特殊微粉，利用多种增韧机制的协同作用而使断裂韧度有较大提高(可达6.0~6.6 MPa·m1/2，普通热压Al2O3-TiC陶瓷断裂韧度为4 MPa·m1/2)，用其端铣淬硬钢时刀片抗破损性能比同类LT55牌号高出30%~110%。

Al2O3-SiC晶须增韧陶瓷

在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiCw晶须(是直径小于0.6μm，长度为10~80μm的单晶，具有一定的纤维结构，抗拉强度为7GPa，抗拉弹性模量超过700GP)而成。SiCw晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋，能成为阻挡或改变裂纹发展方向的障碍物，使其韧性大幅度提高，断裂韧度可达9MPa·m1/2，可有效地用于断续切削及粗车、铣削和扩孔等工序，适于加工镍基合金、高硬度铸铁和淬硬钢等材料。中国生产的JX-1、AW9、SG5及美国WG300、Kyon250与瑞典Sandvik公司CC670等牌号均属于这一类。

Al2O3/(W,Ti)C梯度功能陶瓷

通过控制陶瓷材料的组成分布以形成合理的梯度，从而使刀具内部产生有利的残余应力分布来抵消切削的外载应力，具有表层热导率高、有利切削热的传出、

热膨胀系数小、结构完整性好、不易破损等特点。中国山东工业大学开发的FG2刀片就属这一类。用其加工钢铁材料时刀具寿命可比Al2O3/(W,Ti)C复合陶瓷SG4高1-1.5倍，并且刀具有很好的自砺性，崩刃后仍能进行正常切削。

氮化硅(Si3N4)基陶瓷

Si3N4陶瓷是一种非氧化物工程陶瓷，硬度可达1800~ 2000HV，热硬性好，能承受1300~1400℃的高温，与碳和金属元素化学反应较小，摩擦因数也较低。这类刀具适于切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料，尤其适用于大进给量或断续切削。由于纯Si3N4陶瓷刀具在切削长切屑金属（如软钢）时极易产生月牙洼磨损，所以新一代Si3N4陶瓷均为复合Si3N4陶瓷刀具。新开发的Si3N4陶瓷不仅可用于粗加工，而且可用于断续切削和有冷却液的切削，例如日本京陶公司的KS6000、重庆利特高新技术陶瓷有限公司的S0312(LT-2)牌号。目前Si3N4基陶瓷刀具的崩刃率为2%-3%，与硬质合金相当，因此已可在生产线应用。Si3N4基陶瓷刀具的缺点是磨加工性比普通陶瓷差。

Si3N4-TiC-Co复合陶瓷

其韧性和抗弯强度高于Al2O3基陶瓷，而硬度却不降低；热导率亦高于Al2O3基陶瓷，故在生产中应用比较广泛。中国生产的牌号有TC0112（LT-4）、FD02、SM、HDM1、N5等。

Si3N4晶须增韧陶瓷

在Si3N4基体中加入一定量的碳化物晶须而成，从而可提高陶瓷刀具的断裂韧性。如中国北京方大高技术陶瓷有限公司生产的FD03刀片以及湖南长沙工程陶瓷公司生产的SW21牌号均属这一类。FD03刀片是在Si3N4陶瓷基体中加入硬质弥散颗粒TiCw，SW21刀片是在Si3N4中加入了一定量的SiCw晶须，故有较好的使用性能。一些国外切削专家认为，用Si3N4基陶瓷切削钢材的效果不如Al2O3基复合陶瓷，故不推荐用其加工钢材。但用FD03和SW21切削淬硬钢(60-68HRC)、高锰钢、高铬钢和轴承钢时也有较好的效果。

Si3N4-Al2O3-Y2O3复合陶瓷

以Si3N4为硬质相、Al2O3为耐磨相、添加少量的助烧结剂Y2O3经热压烧结而成，常称赛阿龙(Sialon)。如美国生产的Sialon牌号KY3000，成份为：77% Si3N4、13% Al2O3、10% Y2O3，硬度达1800HV，抗弯强度达1.2GPa。美国Greeleaf 公司生产的Grem4B和瑞典Sandvik公司CC680刀片，以及中国生产的TP4和SC3等均是赛阿龙陶瓷。KY3000陶瓷刀片在高速下切削镍基高温合金时，材料切除率是涂层硬质合金刀具的七倍。除能采用较大的进给量及切削速度高速加工铸铁和高温合金外，并可在面铣刀上采用双正前角（侧前角和背前角均为正值）来加工铸铁。

表1：陶瓷与常用硬质合金的性能比较

刀具材料密度硬度抗弯强度抗压强度断裂韧

性弹性模量导热率热膨胀系数耐热性

g/cm3 HRA GPa GPa MPa·m1/2 G Pa W/(m·K) (x10-6)K ℃

陶

瓷 3.2-6.6 91-95 0.4-1.3 3-5.5 3-9 280-4 20 17-35 3-8 1300-1400

硬质合

金 10-15 88-92 0.9-2.5 3-6 9-17 400-690 21-110 4.5-8.5 800-1000