可转位车刀切削材料

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可转位车刀切削材料
碳化物切削工具材料（Carbides  for  cutting  tool  material）,可称：碳化物陶瓷、硬质合金、普通硬质合金。早期俗称：钨钢。随着对切削材料的深入研究和材料性能多样化发展，这类切削工具材料公认名为：“硬质合金”或“普通硬质合金”。硬质合金是一类系列化粉末冶金产品，由碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）\碳化铌（NbC）和鈷（Co）等按不同比例组合而成。在这类合金中，各种碳化物为硬质材料，起切削其它金属材料作用，钴金属是金属性粘结剂，起粘结磨料棵粒作用。金属粘结剂将一种或一种以上碳化物材料粘结在一起，成为能够担负金属切削任务的硬质合金刀片。
由97 %碳化钨和3 ％钴金属粉末组成的硬质合金，其代号为YG3。（Y是硬质合金“硬”字的汉语拼音字头，G是“钴”字汉语拼音字头，阿拉伯数字“3”代表钴金属含量百分比）。此外，还有YG3X、YG6x、YG8、YG11C等牌号。牌号中的阿拉伯数字表示钴含量分别为：3%、6%、8%、11%。其余百分比含量为碳化钨。牌号中“X”表示该合金磨料颗粒为细晶粒，“C”表示该合金磨料颗粒为粗晶粒。各种牌号硬质合金用途见表 1--1 《硬质合金应用分类分组代号、标记色、用途、牌号对照》。
YG类硬质合金只含碳化钨和钴，不含其它添加物，称钨钴类硬质合金。美国称Straight  grades (纯碳化钨类)。因为这类硬质合金由二组份组成，合金中一种组份含量增多将导致另外一组份含量对应减少。又因为这类合金由碳化钨支持硬度，钴金属支持抗弯强度，故这类硬质合金抗弯强度随钴金属含量增大而增大，硬度随钴金属含量增大而降低。换另外说法，这类硬质合金硬度随碳化钨含量增大而提高，抗弯强度随碳化钨含量增大而降低。另外，硬质合金中磨料颗粒大小也影响硬质合金硬度和抗弯强度。在合金含量相同情况下，磨料颗粒越细，合金硬度越高，抗弯强度越低；相反，磨料颗粒越粗，合金硬度越低，抗弯强度越高。这是因为细晶粒合金中单位体积内含有较多磨料颗粒缘故。
   从以上分析可以看出，在这类硬质合金中，硬度最高的合金牌号是：含碳化钨最多，含钴量最少，磨料颗粒最细的牌号YG3X,(含钴 3%，含碳化钨 97%，细晶粒磨料)；而抗弯强度最好的合金牌号是含钴量最多，含碳化钨最少，磨料颗粒最粗的牌号YG11C（含钴 11%，含碳化钨 89%，粗晶粒磨料）。理解这一分析结果，理解硬质合金性能变化规律，有助于在金属切削加工实际工作中合理选择或更换使用硬质合金可转位刀片。

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国际标准化组织（International Standardization Organization；简称ISO）将切削用硬质合金按用途不同分为K、P、M三类，每类合金再以数字分组号区分不同用途，用分类分组代号如K01、P10、M20等来代表硬质合金的不同组成和组成比例。采用ISO标准，有利于国家间切削加工技术交流和刀具产品交流，有利于国家经济发展和技术进步。有利于企业利用Internet进行技术经济开发活动。
ISO硬质合金分类分组代号与我国硬质合金牌号对照见以下二表：
表1—1 硬质合金应用分类分组代号、标记色、用途、牌号对照
表1---4 我国生产的部份切削刀具用硬质合金牌号性能及用途
如前所述，K（YG）类硬质合金K01（YG3X）是该类合金中硬度最高、耐磨性最好的一种合金，其硬度值达到HRC80，比淬火高速钢硬度HRC63~66高得多，但这一硬度仍不能满足当今人们高速、高效切削加工要求。应用实践证明，这种合金在高速度、大进给切削条件下使用，在切屑流过的前刀面上容易形成“月牙洼”磨损。
“月牙洼”磨损是刀具在切削过程中常见的一种磨损形式。当切屑高速度流过前刀面时，在切屑与前刀面紧密接触地方，在磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化（化学）磨损共同作用下，前刀面逐步形成凹坑。此凹坑在继续切削过程中向切削刃方向扩展直到最后损坏切削刃。这种磨损形式称为“月牙洼”磨损。“月牙洼”磨损说明刀具材料硬度和耐磨性不足，为了提高刀具材料硬度和耐磨性，导致抗“月牙洼”磨损硬质合金材料的开发。
抗“月牙洼”磨损硬质合金（Crater resistant carbides）是一类硬度、耐磨性比K（YG）类硬质合金好的合金。在前述纯碳化钨硬质合金中添加适量碳化钛（TiC）,即成为抗“月牙洼”磨损的硬质合金。这类合金由碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）和钴（Co）组成，常称为钨钛钴类硬质合金。其中，碳化钨和碳化钛为硬质磨料，担负切削其它金属材料作用；钴是金属性粘结剂，起粘结磨料颗粒作用。金属粘结剂除钴以外，也可以是其它金属，如：镍、钼等。碳化钛是一种高熔点、高硬度、高耐磨材料，它的熔点和硬度比碳化钨高得多（碳化钛熔点：3200~3250ºC，硬度：HV3000~3200：碳化钨熔点：2900ºC，硬度：HV1780）。这是在纯碳化钨硬质合金中加入碳化钛可以提高其硬度和耐磨性的原因所在。
由85%碳化钨、5%碳化钛和10%钴金属制成的抗“月牙洼”磨损硬质合金，其牌号为YT5（“Y”是硬质合金“硬”字汉语拼音字头；“T”是碳化钛的“钛”字汉语拼音字头；“5”是碳化钛含量百分比数值）。此外，还有YT14、YT15、YT30等牌号，这些合金的碳化钛含量分别为14%、15%、30%。碳化钛含量越高，合金硬度越高，越耐磨，抗弯强度反而越低（性脆）。因此，在这类合金中，，牌号YT5合金硬度最低而抗弯强度最高；牌号YT30合金硬度最高而抗弯强度最低。
在ISO标准中，以P作为合金用途分类号、以01、10、20等作为用途分组号，以分类分组代号代表不同用途的硬质合金。P类硬质合金对应于我国YT类硬质合金。P（YT）类硬质合金用于加工钢件（长切屑类零件）。

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表1—1  硬质合金应用分类分组代号、标记色、用途、牌号对照

应用 分类 分组 代号	标记色	用于加工	对应硬质 合金牌号
P01	蓝色	钢、铸钢	YT30、YN10
P10		钢、铸钢	YT15
P20		钢、铸钢、长切屑可锻铸铁	YT14
P30		钢、铸钢、长切屑可锻铸铁	YT5
P40		钢、含砂眼和气孔的铸钢
P50		钢、含砂眼和起孔的铸钢
K01	红色	特硬灰口铸铁、肖氏硬度高于85的冷硬铸铁、高硅铝合金、淬硬钢、高耐磨塑料、硬纸板、陶瓷	YG3X
K10		布氏硬度高于220的灰口铸铁、短切屑可锻铸铁、淬硬钢、硅铝合金、铜合金、塑料、玻璃、硬橡胶、 硬纸板、陶瓷、石料	YG6X YG6A
K20		布氏硬度低于220的灰口铸铁、有色金属：铜、黄铜、铝	YG6、YG8N
K30		低硬度灰口铸铁、低强度钢、压缩木料	YG8N、YG8
K40		软木或硬木、有色金属
M10	黄色	钢、铸钢、锰钢、灰口铸铁、合金铸铁	YW1
M20		钢、铸钢、锰钢、灰口铸铁、奥氏体钢、	YW2
M30		钢、铸钢、灰口铸铁、奥氏体钢、高耐温合金
M40		低碳易切钢、低强度钢、有色金属、轻合金

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如前所述，由碳化钨粉末和钴金属粉末按一定比例混合,经压制、烧结的硬质合金称为“钨钴类硬质合金”，ISO标准规定其应用范围分类代号为“K”，用于加工短切屑类零件，如：铸铁等。K类（即YG类）硬质合金抗弯强度在各类硬质合金和陶瓷合金中接近最大，硬度却接近最低。因此，在切削过程中，尤其在高速切削条件下，前刀面容易形成“月牙洼”磨损，刃口容易出现钝化现象，因此，合金使用受到适用范围限制。
为了提高K类硬质合金硬度和耐磨性，扩大合金的切削加工适用范围，在合金中加入一定比例碳化钛，从而产生另一类硬质合金，即P类（YT类）硬质合金，称“钨钛钴类硬质合金”。P类（YT类）硬质合金适用于加工各种长切屑类零件（钢件），却不适合加工短切屑类零件（如：各种铸铁件）。这是因为：P类（YT类）硬质合金虽然硬度和耐磨性优于K类（YG类）合金，但其抗弯强度（韧性）却不如K类（YG类）合金，因而加工中容易出现崩刃现象，合金使用仍然受适用范围限制。
为了兼顾加工长切屑零件和加工短切屑零件需要和其它需要，人们开发了新一类硬质合金，即可用于加工长切屑和短切屑零件的通用型硬质合金。
ISO标准以“M”作为通用型硬质合金用途分类代号。包括用途分组号的分类分组号如：M10、M20分别对应于我国已开发的硬质合金牌号YW1、YW2。
M类硬质合金除含碳化钨、碳化钛和钴以外，为了改善硬质合金性能（硬度、抗弯强度）加入少量碳化钽、碳化铌等稀有碳化物。加入稀有碳化物的M类硬质合金具有较理想的抗弯强度和较适中的硬度，适用加工范围已经扩大，不再受“短切屑”、“长切屑”限制，因此，人们称之为“通用硬质合金”。
通用合金是至今开发的普通硬质合金和各种陶瓷合金中抗弯强度最好的一类硬质合金。

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氧化物切削工具材料（Oxide  Cutting  Tool  Materials）是较新的切削工具材料之一。据报道,这种切削工具材料于1955年出现并引起人们广泛注意。氧化物切削工具材料指由氧化铝（Al2O3）制造的新型刀具材料。氧化铝，又称三氧化二铝，是常见白色砂轮的同种材料。在氧化铝超细粉末中加入少量添加剂，经冷压、烧结制成的材料称为陶瓷（Ceramics）材料，简称：陶瓷刀片。陶瓷刀片在一些加工条件下使用有明显的优点，但在一些条件下使用也有明显的局限性，主要局限是其抗弯强度较低，不如普通硬质合金的抗弯强度。

有人主张把这种材料定名为“氧化物陶瓷切削材料”，或称“氧化物陶瓷可转位刀片”，理由是：用这一名称能使更多人了解这种刀具材料的主要成分是氧化物（氧化铝），并更清楚地了解其主要特性。氧化物陶瓷可转位刀片的主要性能是高抗压强度、高热硬性、高耐磨性、低导热性、抗月牙洼磨损、抗焊接性.。氧化物陶瓷可转位刀片比普通硬质合金可转位刀片硬，但抗弯强度比普通硬质合金抗弯强度低。因此，这种陶瓷刀片一般制成Oº后角（称为无后角刀片）。设计车刀时，车刀倾角为负倾角，使切削负荷作用在远离刀尖的粗实部位以保护刀尖。氧化物陶瓷切削材料可以使用比普通硬质合金更高的切削速度，因为这种材料具有抗高温氧化能力。氧化物陶瓷刀片通常使用切削速度3~8米/秒，当切削条件好时可以使用更高的切削速度。
抗弯强度（韧性）低是氧化物陶瓷切削材料的主要局限，因此，它不适用于有冲击负荷的断续加工场合，也不适合作铣削加工用。它的另一局限是不可焊性，因此，它不能用普通焊接方法焊接使用。不可焊性是它的局陷性也是它的优越性，因为其不可焊，可以减少刀具在切削过程中的粘接磨损，提高刀具高温耐磨性和切削性能。目前，氧化物陶瓷切削材料都制成可转位刀片通过机械夹固使用；也可以利用它的低导热率特点，用环氧树脂粘接在刀杆上使用。
但是，用环氧树脂粘接而使用这种刀片不是好的使用办法。
由于氧化物陶瓷切削工具材料抗弯强度较低，要求担负切削加工机床有较大的切削功率；有较高的切削速度范围可选用；有良好的刚性以防止高速切削造成震动；机床轴承、刀架、滑板、驱动进给机构不应有大的松动；并要求刀具、工件保持良好夹紧状态。总之，刚性良好的加工系统，可减少工具材料韧性不足造成的刀具破损损失。
氧化物陶瓷可转位刀片主要用于车加工铸铁、碳钢、低合金钢及高速精车淬火钢（HRC60~65）零件及一些非金属材料零件。
氧化物陶瓷切削工具材料（刀片）从20世纪50年代问市后，经过材料工作者半个多世纪的不断改进，材料应用限制已经缩小，材料抗弯强度（韧性）已在一定程度上提高，材料应用范围已经扩大。

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氮化物切削工具材料是继氧化物切削工具材料之后,于最近年代出现、有广泛应用意义的新型切削材料。这类材料包括氮化硅（Si3N4）、氮化钛(TiN)、氮化硼(BN)（立方氮化硼、聚晶立方氮化硼）。氮化硅是这类新型材料中代表性材料。氮化硅（Si3N4）又称“四氮化三硅”。通常在加热状态下压制成型，因此，也称“热压氮化硅”，或称：“氮化硅陶瓷”、“热压氮化硅陶瓷”。氮化硅陶瓷刀片应用于切削加工业大约在20世纪80年代初。在氮化物切削工具材料中不仅有共同组成元素“氮”，而且出现年代相近，材料性能也相近（如：高硬度、高耐磨性、高热硬性）。因此，将它们归类并称为“氮化物切削工具材料”，表示它并列于前述的其它二类切削材料。这样，20纪20年代开发的碳化物切削工具材料、50年代开发的氧化物切削工具材料和80年代开发的氮化物切削工具材料，作为人类至今已经开发的三大类切削工具材料载入20世纪切削工具材料发展史册。
热压氮化硅陶瓷作为切削工具材料引人注意的特点，是它的高硬度、高红硬性及材料来源丰富。氮化硅的显微硬度：HV5000，高于主要涂敷材料碳化钛和氧化铝的硬度（碳化钛硬度：HV3200；氧化铝硬度：HV2700）。我国研制的氮化硅陶瓷材料热硬性温度达到1300ºC，说明这种材料在切削加工中，切削区温度达到1300ºC时仍保持一定硬度，仍可进行有效切削加工。（注：氧化物陶瓷刀片热硬性温度约1200ºC；普通硬质合金热硬性温度约1000~1100ºC；高速钢热硬性温度约500~550ºC）。另外，硅元素在自然界存量丰富，大可以满足人类长期发展需要；氮元素在自然界含量虽然较少，但作为切削工具材料组份之一，仍然可以满足长期发展需要。

小杰

我做着沙发学习

zly689

:em26:

XTGJR

我搬个板凳学习:em26:

bao

学习中:em15:

sensitive

看见这么长的文章就头晕.路过

hllxg

:em00: :em00:

htp

:em26:

clement_chan

:em26:

aaa77770000

上图加解说:em15: :em15:

fa5000

学习中:em26:

半导体

科普呀?

yqyqingyv

工具刀啊?

LBKK

学习了．

aaa77770000

长城就是长:em15: ,慢慢看了