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陶瓷刀具切削加工时的磨损与润滑 1．引言 瓷刀具的最佳切削速度比硬质合金刀具高3～10 具并不是万能的。陶瓷刀具在切削加工过程中要承受高温、 有一些文献报道，但因实验条件和研究方法各异，不同研究者的实验结果和研究结论也存在差异。 刀具材料的研制与开发、实际加工中陶瓷刀具的选用与磨损控制等起到一定的指导和参考作用。 2．陶瓷刀具切削加工时的磨损机理 和已加工表面质量，前、后刀面的磨损均影响刀具寿命。陶瓷刀具主要用于高速切削场合，切削温度常可高达800～1000℃ 密切相关。不同的陶瓷刀具材料在不同切削条件下加工 为磨粒磨损；而在高速切削时，则以高温引起的粘着磨损、化学反应、氧化磨损和扩散磨损为主。 作者的研究表明：Al2O3 研究用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel 718 反应和扩散磨损为陶瓷刀具的主要磨损机制。由于Inconel 718 刀面以粘结磨损为主；当温度达到1200℃时，Ni就开始向刀具中心扩散。由于Ni 粘结磨损增大。因此，用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel 718时必须使用切削液（含氯化石蜡的切削液效果更好）。 热点模具网 Casto等人通过研究用Al2O3/ZrO2陶瓷刀具加工AISI 1040材料得出结论：刀具的磨损机理主要表现为粘结磨损和磨料磨损，而用Si3N4 具表面存在严重的化学反应。用Al2O3/ZrO2和Al2O3/TiCN陶瓷刀具加工AISI 4337 后刀面的磨损机理则是陶瓷颗粒间发生断裂，导致陶瓷颗粒脱落所致。Brandt发现了Al2O3 化产物）或MgO（陶瓷添加剂）反应形成了尖晶石结构，或者是Al2O3与SiO2、CaO作用形成了低熔点、低硬度的化合物。作者的研究表明： 钢和淬硬钢时具有较好的耐磨性，随着TiB2含量的增加，刀具的耐磨性能增强。 °表面的耐磨性能最差，而θ=90°表面的耐磨性能最好。当刀具以后刀面磨损为主时，应选择θ=90° 表面作为刀具前刀面。当刀具前、后刀面同时存在较大磨损时，应选择θ=45°表面作为刀具的前（后）刀面，以提高刀具的抗磨损能力。 Si3N4基陶瓷自七十年代后期开始作为刀具材料使用，目前已在铸铁和镍基合金的切削加工中得到广泛应用。Si3N4 表面强度减弱，加剧刀具与工件间的粘结，从而导致严重的粘结磨损和微观断裂磨损。用Si3N4陶瓷刀具切削AISI 1045 削铸铁时工件与刀具之间的Fe、Si等元素的相互扩散作用比切削钢时小得多。切削钢时，Si3N4 学溶解及不断被从玻璃相中拔除，Si3N4陶瓷刀具表现出很高的磨损率。Si3N4陶瓷刀具切削钢时的高磨损率主要归因于以下两种因素：① 2层不断被磨去；②SiO2与工件表面的FeO形成低熔点共晶混合物。有人对Sialon 粒与铁基合金发生化学反应，硅和氮在铁基合金中发生溶解和扩散。钢中的合金元素对Sialon 铬、钼、钛、钒等元素则会增大反应活性。 热点模具网 应力集中，气孔作为裂纹源将诱导晶界裂纹，并且由于气孔主要在晶界上产生，裂纹扩展至气孔时与气孔连接，从而加速了裂纹的扩展。Rice 加使陶瓷刀具的耐磨性能大大降低，弹性模量与热胀失配所 料晶体中的大量位错为裂纹成核提供了另一种方式，随着磨损过程的不断进行，位错不断增殖，在晶界处就会形成更多因 纹，从而导致陶瓷刀具耐磨性能下降。 3．陶瓷刀具切削加工时的润滑 Tonshoff等人研究了Al2O3/TiC 发生摩擦化学反应而形成了化学吸附膜。通过对润滑切削条件下的工件表面进行成分分析，发现了含FeS和FePO4 力，抑制了粘结的发生，从而减小了刀具磨损。 Cheryl对Si3N4 / TiC 陶瓷材料在900℃高温下的摩擦磨损试验研究表明：Si3N4和TiC在高温下发生氧化，在摩擦表面生成含Si和Ti 数，并有利于提高材料的耐磨性能。用Si3N4基和Al2O3 粘结，而使用切削润滑剂改善了刀具的切削性能，提高了切削效率和加工件的表面质量。有人曾对多种润滑剂、添加剂对陶瓷— 切削液比水基切削液更为有效。如使用含二烷基二硫化磷酸锌（ZDDP）的润滑油进行润滑，Si3N4陶瓷刀具切削45 钢时的磨损率比干切削时可减小一个数量级。表面分析发现，Si3N4及工件的磨损表面上有ZnO、FeS、FePO4等摩擦化学反应产物生成。 作者曾对Al2O3/TiB2 主要表现为磨料磨损与粘结磨损；当切削速度很高时，刀具表面平均切削温度较高，实际瞬时最高温度大于平均温度，切削后刀具磨损区的 这表明TiB2在切削高温的作用下发生了氧化。TiB2的氧化物TiO2 减轻刀具的粘结磨损，提高刀