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    刀具材料的種類簡介

    文字:[大][中][小] 2012-12-18  瀏覽次數:11790

      現今所采用的刀具材料,大體上可分為五大類:高速鋼(High speed steel),硬質合金(Cemented carbide),陶瓷(Ceramics)、立方氮化硼(Cubic bacon ni-tride, CBN ).聚晶金剛石(Polymerize crystal diamond. PCD).

     

      1.高速鋼

     

      自1906年Taylor和White發明高速鋼以來,通過許多改進至今仍被大量使用,大體上可分為W係和Mo係兩大類。其主要特征有:合金元縈含長多且結晶顆粒比其他主具鑰細,淬火沮度極高(1200攝氏度)而淬進性極好,可使刀其整體的硬度一致。回火時有明顯的二次硬化現象,甚至比淬火硬度更高且耐回火軟化性較高,在600℃仍能保持較高的硬度,較之其他工真鋼耐磨性好且比硬質合金韌度高.但壓延性較差,熱加工困難,耐熱衝擊較弱。因此.高速翎刀其仍是數控機床刀具的選擇對象之一。目前國內外應用比較普遇的高速鋼刀具材料以WMo, WMoAI. WMoCo為主,其中WMoAI是我國所特有的品種.

     

      2.硬質合金

     

      硬質合金是將鎢鑽類(WC),鎢欽鑽類(WC-TiC)、鎢欽坦(妮)鑽類(W-Tic-TaC )等硬質碳化物以Co為結合劑燒結而成的物質.由德國的Krupp公司於1926年發明,其主體為W-Co係.在鑄鐵、非鐵金屬和非金屬的切削中性能極好。1929-1931年前後,Tic以及TaC等添加的複合碳化物係硬質合金在鐵係金屬的切削之中顯示出極好的性能。於是.硬質合金得到了很大程度的普及。按ISO標準主要以硬質合金的硬度、抗有強度等指標為依據,硬質合金刀片材料大致分為P.M,IC三大類.

     

      (1) K類國家標準為YG類,成分為WC + Co.適於加工短切屬的照色金屬、有色金屬及非金屬材料。主要成分為碳化鴿(WC)和3%-1091,鑽(Cc),有時還含有少I的碳化坦等添加劑。

      (2) P類國家標準為YT類,成分為WC + TiC.適於加工長切屑的黑色金屬。主耍成分為碳化飲、碳化鎢和鑽(或鑲).有時加入碳化粗等添加劑.

      (3) M類國家標準為Yw類,成分為WC + TiC + TaC,適於加工長切屑成短切屑的黑色金屬和有色金屬。成分和性能介於K類和P類之間,可用來加工鑰和鑄鐵。以上為一般切削工具所用硬質合金的大致分類。在此之外,還有超微拉子硬質合金。可以認為從屬於K類。但因其燒結性能上要求結合劑Co的含f較高,故高a性能較差.大多隻使用於鑽、鉸等低速切削工具。

     

      3.陶瓷

     

      以陶瓷作為切削工具從20世紀30年代就開始被研究。陶瓷刀具基本上由兩大類組成:一類為純氧化鋁類(白色陶瓷),另一類為TIC添加類(燕色陶瓷):另外還有在AL2O3中添加晶須、ZrO2(青色陶瓷)來增加韌性,以及以Si3N4為主體的陶瓷刀典。陶資材料具有高硬度、高溫強度好(約2000度下亦不會融熔)的特性,化學穩定性亦很好,但韌性很低。對此.最近熱等靜壓技術的普及對改善結晶的均勻細密性、提高陶瓷的各項性能均衡乃至提高韌性起到了很大的作用,作為切削工具用的陶瓷抗彎強度已經提高到900 MPa以上。

     

      金屬陶瓷刀具最大優點是與被加工材料的親和性極低,故不易產生鑽刀和積屑窟現象.使加工表麵非常光潔幹整,在一般刀具材料中可謂是精加工的佼佼者。但由於韌性差大大限製了它的使用範圍,但通過添加WC, TaC, TiN, TaN等異種碳化物,使其抗彎強度達到了硬質合金的水平.因而得到廣泛的運用。日本黛傑(DUET)公司新近推出通用性更為優良的cx係列金屬陶瓷.以適應各種切削狀態的加工要求。

     

      4.立方氮化翻

     

      立方氮化翻是靠超高壓、高沮技術人工合成的新型刀其材料,其結構與金剛石相似.此工具由美國GE公司研製開發。它的硬度略進於金剛石,但熱穩定性遠離於金剛石,並且與鐵族元素親和力小,不易產生“積屑瘤”。

     

      5.聚晶金剛石

     

      1975年美國GE公司開發了用人造金剛石順粒通過添加Co.硬質合金、NiCr. Si-SiC以及網瓷結合荊在高沮“200。以上)、高壓下燒結成型的PCD刀具,使其得到了廣泛的使用。

     

      金剛石刀具與鐵係金屬有極強的親和力,切削時刀具中的碳元素極易發生擴散而導致磨投。但與其他材料的親和力很低.切削中不易產生貓刀現象,切削刃口可以腳得非常鋒利。所以它隻適用於高效地加工有色金屬和非金屬材料.能得到高精度、高光亮的加工麵,特別是PCD刀具消除了金剛石的性能異向性,使其在高精加工領城中得到了普及。金剛石在大氣中溫度超過600℃時將被碳化而失去其本來麵目.故金剛石刀具不宜用於可能會產生高沮的切削中。

     

      上述五大類刀具材料,從總體上分析,材料的硬度、耐磨性‘以金剛石最高,通次降低到高速鋼。而材料的韌性則是以高速鋼最高,金剛石最低。塗層刀具材料具有較好的實用性能,也是將來能使硬度和韌性井存的手段之一。在數控機床中,采用最廣泛的是硬質合金類,比如分切圓刀片之類的道具用的就是此種材料。因為這類材料目前從經濟性、適應性、多樣性、工藝性等各方麵.綜合效果都優於陶瓷、立方氮化翻、聚晶金剛石。

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