隨著我國(guó)機(jī)械、電子、化工、航天航空工業(yè)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些新型的超硬刀具將越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于我國(guó)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，并將帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。主要闡述硬質(zhì)合金刀具、人造聚晶金剛石刀具、立方氮化硼刀具、復(fù)合氮化硅陶瓷刀具的性能特點(diǎn)及其在切削加工中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：硬質(zhì)合金；超硬刀具；切削特點(diǎn)；加工范圍

　　硬質(zhì)合金是目前金屬切削加工中最常用的刀具材料之一。它是用具有高耐熱性和高耐磨性的難熔的金屬碳化物（WC、TiC等）粉末作基體，以金屬Co等為粘結(jié)劑，經(jīng)高壓壓制后燒結(jié)而成的粉末冶金制品。其特點(diǎn)是：硬度高，耐磨性好，硬度可達(dá)到74～82HRC；化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，具有較高的耐熱性，能耐850～1000℃；因而允許使用的切削速度可達(dá)100～300m/min，硬質(zhì)合金的切削性能良好，因此得到廣泛的應(yīng)用。但硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性不好，工藝性能較差；使用中很少制成整體刀具，一般制成各種形狀的刀片焊接或夾固在刀體上。

　　硬質(zhì)合金的分類及應(yīng)用

　　硬質(zhì)合金按化學(xué)成分可分為以下幾類：鎢鈷類硬質(zhì)合金（代號(hào)YG）、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（代號(hào)YT）、鎢鈦鉭（鈮）鈷類（代號(hào)YW）、碳化鈦基類（代號(hào)YN）。其特點(diǎn)和用途見(jiàn)下表。

　　類型 特點(diǎn) 用途

　　YG 能在較高硬度時(shí)獲得較高的抗彎強(qiáng)度，特別適合于在較低切削速度下工作 主要用于加工鑄鐵、有色合金及絕緣材料等

　　YT 隨著TiC含量提高和Co含量降低，與YG類相比，硬度和耐磨性提高，韌性降低 因抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性比較低，不適合加工脆性材料，如鑄鐵，主要用于加工塑性材料，如鋼材

　　YW 加入了TaC（或NbC），提高了抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性和高溫硬度與強(qiáng)度 既可用于加工鑄鐵及難加工材料，也可用于加工一般鋼材，常稱為通用型硬質(zhì)合金

　　YN 硬度很高，耐磨性、耐熱性和抗氧化能力高，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗彎強(qiáng)度和韌性稍差 可用于加工鋼，也可用于加工鑄鐵，特別適合高速精加工合金鋼、淬硬鋼，不適于重切削

　　隨著制造技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)的不斷產(chǎn)生和應(yīng)用，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的制造精度、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率都提出了更高的要求；高速切削、超精密加工、綠色制造均要求刀具具有高的硬度、耐磨性和紅硬性。因而超硬刀具在現(xiàn)代制造加工中逐漸地被開發(fā)應(yīng)用。例如：用硬質(zhì)合金刀具加工花崗巖時(shí)，在幾秒鐘內(nèi)刀刃就被堅(jiān)硬的花崗巖摧毀；再用聚晶金剛石刀具加工時(shí)，刀刃就可以保持完好。用硬質(zhì)合金車刀加工冷硬鑄鐵時(shí)，即使采用很低的切削速度，刀具仍然磨損很快，也很容易崩刃；采用復(fù)合氮化硅陶瓷刀具切削時(shí)，不但可以使用較高的切削速度，而且大大地延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。退火工具鋼一般需要經(jīng)過(guò)磨削加工，因而生產(chǎn)效率很低；而采用立方氮化硼刀具就可實(shí)現(xiàn)高效率的車削或銑削。實(shí)踐證明超硬刀具在高硬材料的高速切削加工中，不但能夠保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，還能夠提高刀具的耐用度。

　　超硬刀具及其應(yīng)用

　　超硬刀具主要有人造聚晶金剛石、立方氮化硼和陶瓷刀具三大類。

　　2.1人造聚晶金剛石刀具及其應(yīng)用

　　天然金剛石是自然界中最硬的材料。它是靠地球、地殼變遷時(shí)所產(chǎn)生的高溫高壓將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的；人造金剛石正是根據(jù)同樣的原理制成的。聚晶金剛石復(fù)合片由聚晶金剛石和硬質(zhì)合金基體兩部分組成；硬質(zhì)合金基體是使最硬的金剛石和較軟的碳素鋼刀體間有一個(gè)硬度適中的過(guò)渡層，以便切削時(shí)壓力傳遞和焊接。雖然金剛石是自然界中硬度最高的材料，可以用來(lái)加工硬度較高的硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃等材料，但由于它與鋼鐵材料具有化學(xué)親和作用，因而一般廣泛用于加工各種有色金屬和非金屬材料。

　　2.2立方氮化硼刀具及其應(yīng)用

　　立方氮化硼的硬度和耐磨性僅次于金剛石。它是采用挑選好的琥珀色氮化硼為原料，利用合成金剛石同樣的高溫高壓技術(shù)制成的聚晶材料。它的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性好，在1300～1500℃時(shí)仍能正常切削，與大多數(shù)金屬、鐵系材料都不起化學(xué)作用。因此能高速切削高硬度的鋼鐵材料及耐熱合金，刀具的粘結(jié)與擴(kuò)散磨損??；它有較好的導(dǎo)熱性，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌度介于陶瓷與硬質(zhì)合金之間。由于立方氮化硼材料的一系列優(yōu)點(diǎn)，使它能對(duì)淬火鋼、冷硬鑄鐵進(jìn)行粗加工、半精加工，同時(shí)還能高速切削高溫合金、熱噴涂材料等難加工材料。

　　立方氮化硼也可與硬質(zhì)合金熱壓成符合刀片，其抗彎強(qiáng)度可達(dá)到1.47Gpa，能經(jīng)多次重磨使用。立方氮化硼刀具是實(shí)現(xiàn)以車代磨的最佳刀具之一。

　　2.3復(fù)合氮化硅陶瓷刀具及其應(yīng)用

　　復(fù)合氮化硅陶瓷是以自然界中最富有的硅作為主要原料，將其磨碎后經(jīng)篩選好的硅粉經(jīng)氮化后制成氮化硅（Si3N4）粉，然后和其它添加劑一起置入石墨模具，再在熱壓燒結(jié)爐中充以氮?dú)?，在壓力?00～250公斤/cm，溫度：1810～1820℃條件下燒結(jié)而成。其主要性能特點(diǎn)是：硬度高，耐磨性好，硬度可達(dá)到93～94HRA；耐熱性、抗氧化性好，可達(dá)到1200～1300℃。氮化硅與碳和金屬元素化學(xué)反應(yīng)較小，摩擦因數(shù)也低。實(shí)踐證明用于切削鋼、銅、鋁均不粘屑，不易產(chǎn)生積屑瘤，從而提高零件的加工質(zhì)量。

　　氮化硅陶瓷最大的特點(diǎn)是能進(jìn)行高速車削，車削灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等材料效果更為明顯，切削速度可提高到500～600m/min，只要機(jī)床條件允許，切削速度還可以提高。

　　氮化硅陶瓷刀具適用于精車、半精車、精銑或半精銑，可用于精車鋁合金、高錳鋼等難加工材料，達(dá)到以車代磨的目的。

　　在刀具材料不斷發(fā)展的今天，表面涂層硬質(zhì)合金也得到了廣泛的應(yīng)用。硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性較好，但韌性較差，可通過(guò)在硬質(zhì)合金刀具上涂覆1層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al3O2等，涂層的厚度為2～18μm，形成表面涂層硬質(zhì)合金，使其既有高硬度和高耐磨性的表面，又有強(qiáng)韌的基體，可提高刀具壽命和加工效率。
　　
　　以上各種超硬刀具，各自具有其非凡特性。隨著我國(guó)機(jī)械、電子、化工、航天航空工業(yè)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些新型的超硬刀具將越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于我國(guó)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，并將帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　劉小燕（1961-），女，遼寧錦州人，機(jī)械專業(yè)工學(xué)學(xué)士，機(jī)械教研室主任，高級(jí)講師，撫順市技師學(xué)院，研究方向：機(jī)械加工。