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摘要 陶瓷作為非金屬刀具材料，因其能實現(xiàn)高硬度材料的切削和高速切削，所以作為工業(yè)的牙齒在金屬切削領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，本文根據(jù)陶瓷刀具（含立方氮化硼刀具）的種類和性能，淺談它們的使用區(qū)別及其適...
陶瓷作為非金屬刀具材料，因其能實現(xiàn)高硬度材料的切削和高速切削，所以作為工業(yè)的牙齒在金屬切削領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，本文根據(jù)陶瓷刀具（含立方氮化硼刀具）的種類和性能，淺談它們的使用區(qū)別及其適合加工材質(zhì)。
一，陶瓷刀具的種類及發(fā)展脈絡(luò)
陶瓷刀具的種類及發(fā)展：陶瓷刀具最明顯的發(fā)展線條是刀片的韌性依次增強：氧化鋁陶瓷刀具—-復(fù)合氧化鋁陶瓷刀具--氮化硅陶瓷刀具--立方氮化硼刀具。
在金屬切削領(lǐng)域，氧化鋁陶瓷刀具和氮化硅陶瓷刀具合稱為陶瓷刀具；在無機非金屬材料學(xué)中，立方氮化硼材料歸于陶瓷材料大類，立方氮化硼材料刀具的問世，是陶瓷刀具的革命。我國河南超硬材料研究所作為國內(nèi)最早研究聚晶立方氮化硼材料刀具的研究所之一，最近推出純氮化硼燒結(jié)體陶瓷刀具，其韌性和耐磨性能顯著增加。
二，陶瓷刀具的性能及其在金屬切削中的應(yīng)用
陶瓷刀具比硬質(zhì)合金刀片相比，可承受2000℃的高溫，而硬質(zhì)合金在800℃時則變軟；所以陶瓷刀具更具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性，可高速切削，但其缺點是氧化鋁陶瓷刀具的強度和韌性很低，容易破碎。因陶瓷刀具耐高溫，對高溫高速切削更有利，由于陶瓷熱導(dǎo)率低，高溫只在刀尖，高速切削所產(chǎn)生的熱量都隨切屑帶走，所以大部分研究者認(rèn)為：氧化鋁陶瓷刀具能夠，且最好高于硬質(zhì)合金切削的10倍線速度下進(jìn)行切削，才能真正體現(xiàn)陶瓷刀具的優(yōu)點。
為了減低陶瓷刀具對破碎的敏感性，在企圖改善其韌性、提高耐沖擊性能時，加入了氧化鋯或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物。盡管加入了這些添加劑，但是陶瓷刀具的韌性比硬質(zhì)合金刀片還是低得多。
另一個提高氧化鋁陶瓷刀具韌性的方法是在材料中加入結(jié)晶紋理或碳化硅晶須，通過這些特殊的平均起來僅有1納米直徑，20微米長很結(jié)實的晶須，相當(dāng)程度地增加了陶瓷的韌性、強度和抗熱沖擊性能。單受其抗沖擊韌性限制，一直精車加工領(lǐng)域中使用。
和氧化鋁陶瓷刀具一樣，氮化硅陶瓷刀具比硬質(zhì)合金刀片有更高的熱硬性。它耐高溫與機械沖擊的性能也比較好，與氧化鋁陶瓷刀具相比它的缺點是在加工鋼時它的化學(xué)穩(wěn)定性不足?？墒?，用氮化硅陶瓷刀具可在1450英尺/分或更高的速度下加工灰鑄鐵。
陶瓷刀具的適合加工材質(zhì)：陶瓷刀具不能用于加工鋁，而對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合?？墒菍@些材料而言，陶瓷刀具應(yīng)用成功，還需要刀片刃口的外觀及微觀質(zhì)量保證，并需要最佳的切削參數(shù)。
三，立方氮化硼刀具的性能及應(yīng)用
立方氮化硼刀具的硬度比陶瓷刀具高很多，由于硬度高，與金剛石并稱為超硬材料，常用來加工硬度高于RC48的材料，它有極好的高溫硬度--高達(dá)2000℃，盡管比硬質(zhì)合金刀片脆，但與陶瓷刀具相比，沖擊強度和抗破碎性能有明顯提高。目前，立方氮化硼（CBN）刀具在黑色金屬加工領(lǐng)域，是耐磨性能最好的刀具材料，經(jīng)過論證，立方氮化硼刀具的壽命一般是硬質(zhì)合金刀片和陶瓷刀具的幾倍到幾十倍，例如華菱超硬BN-S30牌號立方氮化硼刀具加工灰鐵材質(zhì)剎車盤，切削線速度600M/min，比硬質(zhì)合金刀片效率提高2倍，粗加工時壽命提高6-12倍，精加工時壽命是硬質(zhì)合金刀片的15-20倍；而且隨著研究的進(jìn)步，CBN刀具適應(yīng)各種高硬度復(fù)雜材料的加工，華菱超硬HLCBN新研制的CBN刀具牌號，可以加工HRC70以上硬度的碳化鎢，在國內(nèi)尚屬首例。
此外，一些特制的立方氮化硼刀具（例如華菱超硬BN-S10和BN-S20牌號）能抵御大余量粗加工的切屑負(fù)荷，并能承受間斷切削加工時的沖擊以及精加工時的磨損和切削熱，這些特點可以滿足用立方氮化硼刀具粗加工淬火鋼等難加工材料。而HLCBN系列中的BN-K1牌號因其抗沖擊韌性優(yōu)異，廣泛的應(yīng)用于礦山機械，冶金軋輥等高硬度耐磨鑄件行業(yè)金加工中。
純氮化硼燒結(jié)刀片：華菱超硬最新研制成果，是一種采用純氮化硼材料制成的刀片，其ＣＢＮ含量達(dá)到１００％，經(jīng)過純燒結(jié)形成的氮化硼陶瓷刀具，其硬度和熱傳導(dǎo)率比更高，切削高硬度黑色金屬材料時，刀片刃口不會發(fā)生常見的受熱龜裂與缺屑；與含有其它結(jié)合材料的ＣＢＮ燒結(jié)體相比較，氮化硼陶瓷刀具的使用時間可延長6倍以上。
立方氮化硼刀具適合加工材質(zhì) ：灰鑄鐵，各種耐磨鑄鐵、鑄鋼，高硬度材料加工（如淬硬冷作工具鋼、高速鋼、軸承鋼、粉末冶金鋼、高強度鋼、高錳鋼、高鉻鑄鐵，白口鑄鐵、奧氏體鐵、硬質(zhì)合金等等。
四，陶瓷刀具與立方氮化硼刀具應(yīng)用區(qū)別
立方氮化硼在材料學(xué)中雖歸于陶瓷大類，但由于CBN，SIN，Al2O3，SiN材料的性能差異，陶瓷刀具不及立方氮化硼刀具的韌性和硬度。所以根據(jù)其硬度和韌性的差異，在切削硬度低于50HRC以下和小切深小進(jìn)給情況下的淬火鋼工件時，陶瓷刀具是較好的選擇。立方氮化硼刀具更適合于工件硬度高于50HRC情況。除此之外，需注意的是，陶瓷刀具和傳統(tǒng)鑲嵌式氮化硼刀片很少應(yīng)用于粗加工中，只有部分牌號的氮化硼刀片如BN-S20等可勝任粗加工和斷續(xù)切削。
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