新型陶瓷刀具材料的磨损性能研究
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数控刀具
摘要：研究了Al
2O3/SiC/(W，Ti)C新型陶瓷刀具材料在切削铸铁时的耐磨性能。结果表明:在低速切削铸铁时，该陶瓷刀具表现出良好的耐磨性能，其磨损机理主要是磨粒磨损：在高速切削铸铁时，由于化学反应和溶解磨损的共同作用，导致粘结磨损加剧，从而降低了该陶瓷刀具材料的耐磨性能。
1 引言
2O3陶瓷，发展到添加各种氧化物、氮化物、碳化物和硼化物如TiC、TiN、TiB2、SiC、(W，Ti)C、Ti(C，N)、WC以及ZrO2等的复相陶瓷刀具材料，并在材料的性能与应用等诸多方面取得了较大的进展。但同时也应该看到，当前国内陶瓷刀具材料的实际应用范围仍然有限，相应的材料种类、性能及其应用等方面的研究与国外相比还有一定的差距，相关方面的研究尚待深入。
2O3/SiC/(W，Ti)C为基础，详细研究了该刀具材料在切削铸铁时的磨损性能与磨损机理，为新型陶瓷刀具材料的进一步推广应用奠定了良好的基础。 几种陶瓷刀具材料的力学性能对比表刀具材料抗弯强度
(MPa)断裂韧性
(MPa·m½)硬度
(GPa)Al2O3/SiC/(W，Ti)C(ASW)7535.3219.07Al2O3/SiC(AS)6715.1518.81Al2O3/(W，Ti)C(AT)7655.1918.92
(a)
(b)图1 不同切削条件下切削铸铁时的后刀面磨损曲线
图2 低速切削铸铁时ASW陶瓷刀具的后刀面磨损形貌
(a)
(b)图3 高速切削铸铁时ASW陶瓷刀具的磨损形貌
2 试验条件
2O3/SiC/(W，Ti)C多相复合陶瓷刀具材料，以ASW表示。为便于对比分析，同时采用了Al2O3/SiC和Al2O3/(W，Ti)C两相复合陶瓷刀具材料，并分别以AS和AT表示。刀具几何角度均为g0=-5°，a0=5°，ls=-5°，kr=75°，bg1×g01=0.2mm×(-20°)，re=0.6mm。刀具磨损面的微观结构观察在HITACHIS-570型扫描电镜上进行。几种陶瓷刀具材料的力学性能如表所示。
3 磨损特性
4 磨损机理
IC¾H½成正比。断裂韧性KIC越高，硬度H越高，材料的耐磨性能就越高。而由上表可见，ASW陶瓷刀具材料的断裂韧性和硬度均高于其它两种刀具材料AS和AT，因此其抗磨损性能最好。另一方面，在低速切削铸铁时，由于切削温度较低，材料内部的SiC还不至于与Fe发生化学反应，而且SiC本身也不至于产生氧化或氧化很微弱。此时粘结磨损、化学反应和氧化磨损所占的比例较小，因此含SiC和ASW陶瓷刀具材料表现出良好的耐磨性能。图2为ASW陶瓷刀具材料后刀面磨损的SEM形貌，从中可以发现明显的磨粒磨损的痕迹，而粘结现象很轻微。
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