陶瓷刀片的种类及适合加工材质

作者：郑州华菱超硬材料有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 5 刀具相关产品展厅 刀柄, 刀具管理系统, 成型刀具, 复合刀具, 非标刀具, ... 陶瓷作为非金属刀具材料，在金属切削领域中广泛应用，本文根据陶瓷刀片、立方氮化硼刀片的种类和性能，浅谈它们的使用区别及其适合加工材质。 一、陶瓷刀片的种类及发展脉络 陶瓷刀片的种类及发展：陶瓷刀片最明显的发展线条是刀片的韧性依次增强：氧化铝陶瓷刀片—-复合氧化铝陶瓷刀片--氮化硅陶瓷刀片--立方氮化硼刀片。 在金属切削领域，氧化铝陶瓷刀片和氮化硅陶瓷刀片合称为陶瓷刀片；在无机非金属材料学中，立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类，立方氮化硼材料刀具的问世，是陶瓷刀具的革命。我国华菱超硬作为国内最早研究聚晶立方氮化硼材料的研究所之一，最近推出纯氮化硼烧结体陶瓷刀片，其韧性和耐磨性能显著增加。 二、陶瓷刀片的性能及适合加工材料 陶瓷刀片比硬质合金刀片相比，可承受2000℃的高温，而硬质合金在800℃时则变软；所以陶瓷刀片更具有高温化学稳定性，可高速切削，但其缺点是氧化铝陶瓷刀片的强度和韧性很低，容易破碎。因陶瓷刀片耐高温，对高温高速切削更有利，由于陶瓷热导率低，高温只在刀尖，高速切削所产生的热量都随切屑带走，所以大部分研究者认为：氧化铝陶瓷刀片能够，且最好高于硬质合金切削的10倍线速度下进行切削，才能真正体现陶瓷刀片的优点。 为了减低陶瓷刀片对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷刀片的韧性比硬质合金刀片还是低得多。 另一个提高氧化铝陶瓷刀片韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。单受其抗冲击韧性限制，一直精车加工领域中使用。 和氧化铝陶瓷刀片一样，氮化硅陶瓷刀片比硬质合金刀片有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好，与氧化铝陶瓷刀片相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不足。可是，用氮化硅陶瓷刀片可在440m/min（1450ft/min）或更高的速度下加工灰铸铁。 陶瓷刀片的适合加工材质：陶瓷刀片不能用于加工铝，而对灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢和某些未淬硬钢、耐热合金则特别适合。可是对这些材料而言，陶瓷刀片应用成功，还需要刀片刃口的外观及微观质量保证，并需要最佳的切削参数。 三、立方氮化硼刀片的性能及适合加工材质 立方氮化硼刀片的硬度比陶瓷刀片高很多，由于硬度高，与金刚石并称为超硬材料，常用来加工硬度高于RC48的材料，它有极好的高温硬度--高达2000℃，尽管比硬质合金刀片脆，但与陶瓷刀片相比，冲击强度和抗破碎性能有明显提高。此外，一些特制的立方氮化硼刀片（华超超硬BN-S10和BN-s20牌号）能抵御大余量粗加工的切屑负荷，并能承受间断切削加工时的冲击以及精加工时的磨损和切削热，这些特点可以满足用立方氮化硼刀片粗加工淬火钢等难加工材料。 焊接式CBN刀片的立方氮化硼复合层是比较脆弱的，所以它常用于加工单边余量0.3mm以内的工件。华菱超硬HLCBN系列整体烧结立方氮化硼刀片可以大余量切削加工难加工材料，特别在在强断续切削加工中领先于整个超硬材料刀具行业，HLCBN作为民族超硬刀具品牌名扬海外，在世界超硬刀具界独树一帜。 纯氮化硼烧结刀片：华菱超硬最新研制成果，是一种采用纯氮化硼材料制成的刀片，其CBN含量达到100%，经过纯烧结形成的氮化硼陶瓷刀片，其硬度和热传导率比更高，切削高硬度黑色金属材料时，刀片刃口不会发生常见的受热龟裂与缺屑；与含有其它结合材料的CBN烧结体相比较，氮化硼陶瓷刀片的使用时间可延长6倍以上。 立方氮化硼刀片适合加工材质 ：灰铸铁，各种耐磨铸铁、铸钢，高硬度材料加工（如淬硬冷作工具钢、高速钢、轴承钢、粉末冶金钢、高强度钢、高锰钢、高铬铸铁，白口铸铁、奥氏体铁、硬质合金等等。 四、陶瓷刀片与立方氮化硼刀片应用区别 立方氮化硼在材料学中虽归于陶瓷大类，但由于CBN，SIN，Al2O3，SiN材料的性能差异，陶瓷刀片不及立方氮化硼刀片的韧性和硬度。所以根据其硬度和韧性的差异，在切削硬度低于50HRC以下和小切深小进给情况下的淬火钢工件时，陶瓷刀片是较好的选择。立方氮化硼刀片适合于工件硬度高于50HRC情况。除此之外，在相同后刀面磨损情况下，立方氮化硼刀片切削后的工件表面残余应力也比陶瓷刀片相对稳定。所以在陶瓷刀片的适合加工领域中，也可选用立方氮化硼刀片，用户可根据成本效益和加工需求，来确定哪一种刀片材料更经济。(end)

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