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Al203基陶瓷刀具材料的選擇

時(shí)間:2024-10-09 11:22:20 來(lái)源:admin 點(diǎn)擊:0

Al203基陶瓷具有良好的耐磨性、耐熱性,且其高溫化學(xué)穩(wěn)定性很好,不易與鐵元素之間發(fā)生相互擴(kuò)散或化學(xué)反應(yīng),其耐磨性和耐熱性均高于 Si3N4基陶瓷刀具,因而 Al203基陶瓷刀具材料的選擇基陶瓷刀具應(yīng)用范圍最廣,可用于對(duì)鋼、鑄鐵及其合金的切削加工。但Al203基陶瓷刀具材料的選擇基陶瓷刀具中的添加物對(duì)其性能有重要影響。如TiC、TiN 和SiC 等的加人都有使 Al203基陶瓷刀具材料高溫化學(xué)穩(wěn)定性變差的趨勢(shì),實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)刀具材料組分中是否含有高溫下易與Fe發(fā)生擴(kuò)散及化學(xué)作用的組分來(lái)確定可使用的最高切削速度和進(jìn)給量。

Al203基陶瓷刀具中含有鋁元素,因此,在加工鋁及其鋁合金時(shí)存在較大的親和力,切削加工這類材料時(shí),Al203基陶瓷刀具出現(xiàn)較大的粘接磨損和擴(kuò)散磨損。Al203-TiC 和Al203-(W,Ti)C等陶瓷刀具中含有鋁及鈦元素,因此,用這類陶瓷刀具加工鈦和鈦合金以及鋁和鋁合金時(shí)也存在較大的親和力,它們都不適合于加工鋁和鈦及其合金。

SiC 顆?;?SiC 晶須增韌的 Al203刀具在加工鎳基合金時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的切削性能,但加工鋼時(shí)因Fe容易與 SiC發(fā)生反應(yīng)而使刀具材料急劇磨損。因?yàn)椋煤蠸iC的陶瓷刀具加工淬硬鋼時(shí),SiC很容易在切削高溫作用下與工件中的Fe產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。切削速度越高,切削溫度也進(jìn)一步升高,這將進(jìn)一步加劇Fe與SiC的反應(yīng)速度。SiC晶須與Fe反應(yīng)后使得晶須原有的硬度和耐磨性能降低,晶須與基體的結(jié)合強(qiáng)度削弱,因而晶須在磨粒作用下很容易脫落,從而使晶須的增韌作用減弱。

此外,在高溫下,還會(huì)產(chǎn)生溶解磨損。下表所示為陶瓷刀具材料各組分與Fe在1327℃時(shí)的溶解度??梢?jiàn),Al203和Zr02在鐵中的溶解度最小,溶解度由大到小的順序?yàn)?SiC→ Si3N4→TiC→TiN→ Al203Zr02。在高溫下SiC在Fe中的溶解度比 TiC和 TiN的溶解度高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。由于Fe與SiC晶須的化學(xué)反應(yīng)及相互溶解,使刀具材料中Fe元素含量增加,這將進(jìn)一步增大刀具與工件粘著傾向,因而對(duì)刀具的耐磨性能不利。因此,添加SiC的Al203基陶瓷刀具適于加工鎳基高溫合金、純鎳和高鎳合金等,但不適于加工鋼和鑄鐵。

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Al203-Zr02陶瓷刀具的室溫性能優(yōu)良,且其中的組分Al203Zr02在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性好,與Fe的溶解度均很小,不易向工件材料中擴(kuò)散及溶解,因此,Al203-Zr02具有較高的耐磨性能。但Al203-Zr02陶瓷刀具只適合于在切削速度較低范圍內(nèi)進(jìn)行切削加工,因?yàn)樵诟邷叵?當(dāng)溫度超過(guò)1170℃時(shí))Zr02的增韌效果會(huì)顯著減小。研究表明Zr02增韌陶瓷的磨損行為與摩擦表面熱誘導(dǎo)相變密切相關(guān),這種相變是表面溫度的函數(shù),不同的條件可能誘發(fā)TM相變或T→C相變,使陶瓷表面產(chǎn)生了張應(yīng)力,從而誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展,導(dǎo)致磨損的加劇。因此,Al203-Zr02陶瓷刀具不適合于溫度較高的高速或超高速切削。

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