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浅谈刀具材料发展趋势

日期: 2019-02-01 11:47:22 作者: 点击数:  


近代刀具材料从碳素工具钢、高速钢发展到今日的硬质合金、陶瓷刀具和超硬材料,使切削速度从每分钟几米跃至千米水平。要实现高效合理地切削,必须有与之相适应的刀具材料,在影响金属切削发展的诸因素中,刀具材料起着决定的作用。

 

一、高速钢材料的发展

 

高速钢从1900年问世以来,一直处在刀具材料的主导地位,到了90年代,无论从品种规格、数量、质量诸方面,都发了巨大变化。目前,高速钢分为4大体系:

 

1.普通高速钢(HSS

 

普通高速钢量大面广,主要以W6Mo5Cr4V2(M2)为代表,产量和用量占高速钢总量的60%以上。

 

2.低合金高速钢(DH

 

实践证明,DH性能优良,价格低廉,工艺性能好,有广阔的应用前景。

 

3.高性能高速钢(HSS-E

 

70年代后我国相继开发了M2AlW12REB201V3NW9AlW9Co5W5Co3等多种牌号的HSS-E,但由于脆性大或难磨削,阻碍其发展,真正走向工业性生产的只有M2Al一个牌号。总体来看,超硬高速钢的韧性问题还没有完满解决。事实上,超硬高速钢不必追求超硬度,刀具寿命从来不以硬度为衡量标志,高硬度不一定高寿命,硬度和韧性一直是刀具材料的一对矛盾,如何解决好,似乎是永恒的课题。

 

4.粉末高速钢

 

粉末高速钢自70年代问世以来,由于比冶炼高速钢的硬度和韧性都优越,所以发展较快。

 

二、硬质合金的发展

 

近几年来,在改善涂层的韧性,涂层与基体的结合强度,提高涂层的耐磨性等方面都有显著的进展,扩大了涂层刀具在粗加工领域的应用范围,未来刀具材料世界,很可能是硬质合金的天下。

 

三、陶瓷刀具材料的发展

 

陶瓷刀具是五六十年代出现的,由于种种原因发展比较缓慢,到了80年代由于微粉技术、热等静压技术、气体加压等技术的发展,开发了氮化硅陶瓷和晶须增强陶瓷及涂层氮化硅材料,改善了陶瓷的脆性和抗热振能力,也提高了耐磨性和韧性,扩大了陶瓷刀具在铸铁、淬火钢等材料的加工范围。

 

四、金属陶瓷刀具材料的发展

 

金属陶瓷不仅可以制造车削、铣削刀具,还可以制造立铣刀、钻头以及齿轮滚刀等复杂刀具,它使得高速精加工领域和淬火钢等难加工材料方面的切削速度和切削效率大大提高。

 

五、立方氮化硼(CBN)和多晶复合金钢石(PCD)刀具材料的发展

 

CBN是一种新型的刀具材料,适用于加工68HRC以下的钢铁件和各种喷涂堆焊材料,完全可以实现以车代磨;修复模具时可略去退火淬火工序;对灰铸铁可进行高速切削,获得高效率高质量。国内不少单位可供商品,前景一片光明。

 

PCD刀具用在汽车工业中加工硅合金和镁合金,其切削速度可达2500-3000m/min,而且刀具的寿命长达一年。到了90年代,金刚石涂层硬质合金刀具问世,替代了部分PCD刀具。

 

关于PCD刀具的发展前景,有人预测,如果改善其高温稳定性,将来有可能用于加工钢铁。CBNPCD等超硬材料的发展,其意义不仅在于提高加工效率,而且推动以车代磨的发展,成为高效的精加工新工艺。

 

六、涂层刀具的发展

 

涂层技术的出现为刀具材料的改进和提高开辟一条崭新的道路,是刀具材料的一次革命,是刀具发展史上的一座丰碑。涂层技术的发展已从当初单一的TiCTiN涂层,经历了TiCTiNAL2O3复合涂层和TiCNTiAlN等多元复合涂层的发展阶段,使涂层的性能有了重大的改进,使用范围不断扩大。

 

在各种刀具材料的发展中,涂层硬质合金和硬质合金将起着主导作用;HSS将萎缩,HSS-E发展将受到扼制,粉末高速钢、DH将有长足的进步;陶瓷刀具、CBNPCD等超硬材料将增大应用比例,扩大各自的应用领域。这样将形成各种材料既有独特的优点和应用范围,既互相发展、互相竞争,又相互配合有所取代补充的整体格局。