金屬陶瓷的成分為何必須如此復(fù)雜，具有那么多種組成元素？原因非常明顯，是由于過(guò)去應(yīng)用試湊法尋求具體的應(yīng)用解決方案，而不是依據(jù)有效的科學(xué)原理。山特維克可樂(lè)滿在2O世紀(jì)80年代中就決定開(kāi)始分析金屬陶瓷中各種成分所起的作用，之后對(duì)各種成分進(jìn)行組合，研制新牌號(hào)金屬陶瓷材料。與此同時(shí)，在制造工藝開(kāi)發(fā)方面，也投入了大量的人力、物力與財(cái)力。因此，該公司在各成分功能與刀具材料的工藝研究方面具有極深的造詣。
早期金屬陶瓷的成分通常包含諸如Ti、Ta、V、Nb、Mo、W、C、N、Ni與Lo等元素，這些金屬陶瓷通常是特殊解決方案。在此方案中，總是同時(shí)對(duì)材料與工藝兩個(gè)方面進(jìn)行綜合研究，直到二者組合達(dá)到符合要求的程度時(shí)為主。我們的最新一代牌號(hào)金屬陶瓷，主要成分為T(mén)i、W、C、N與Lo等，研制中沒(méi)有采用傳統(tǒng)的解決方法，而是對(duì)需要的金屬成分種類、成分含量以及最重要的工藝編制等方面進(jìn)行綜合研究的基礎(chǔ)上研制出的。
掌握燒結(jié)工藝是制造硬質(zhì)合金的基本條件，據(jù)此，我們制定出正確方向，投入了大量的人力、物力與財(cái)力，對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行定義與控制——力求完全分析透徹，不允許存在任何的疏漏之處。在研制金屬陶瓷的同時(shí)，山特維克公司的研究與外發(fā)部門(mén)研制出適用于鋼材機(jī)加工的GC4000牌號(hào)碳化鎢/鈷硬質(zhì)合金。燒結(jié)工藝也是研制成功的基本因素。兩種硬質(zhì)含金材料在材料、工藝與性質(zhì)方面已逐漸相互接近。這種產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了二者的完美結(jié)合。
最新成果
盡管表面上看起來(lái)金屬陶瓷的成分要比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金更為復(fù)雜，但是它作為一種刀具材料，具有特定的性能，在用于精加工時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)。其一是好切削刃均勻磨損時(shí)，切削刃有再磨銳效應(yīng)；其二是化學(xué)性能穩(wěn)定性；另外，刀片上無(wú)浸潤(rùn)效應(yīng)與刀具其他部分材料向切削轉(zhuǎn)移可以忽略入計(jì)。最近進(jìn)行的一項(xiàng)研究的最直接成果是采用了最新一代牌號(hào)的金屬陶瓷牌號(hào)。在這種材料中，Co用作金屬粘貼物，取代了Ni與Co混合物。除了無(wú)污染外，還具有許多從傳統(tǒng)硬質(zhì)合金上借鑒來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。
這種新研制出的牌號(hào)主要在下列方面有了較大的改進(jìn)：
更高的加工安全性
應(yīng)用領(lǐng)域更廣闊
保持表面光潔度與精度的能力更強(qiáng)。
間歇加工能力加強(qiáng)
這種材料的性能得到提高，主要是通過(guò)改善下列方面實(shí)現(xiàn)的：抗塑性變形與韌性之間的平衡；更精細(xì)更耐久的切削刃線；抗熱脹冷縮破裂性能等。在過(guò)上，金屬陶瓷給人們的印象不好，主要是由于在機(jī)加工過(guò)程易突然斷裂，但是，現(xiàn)在通過(guò)提高韌性可以盡量減少這種危險(xiǎn)，提高了安全性。過(guò)去為解決這個(gè)問(wèn)題，一些供應(yīng)商研制出耐磨性極強(qiáng)但韌性較差的牌號(hào)和韌性極好但性能較差的牌號(hào)。介于這兩種材料之間的牌號(hào)即使有也不多。這些都不是能夠真正解決問(wèn)題的現(xiàn)代最佳解決方案。
許多精加中中僅包含連續(xù)切削，可以使用金屬陶瓷刀具。但是，實(shí)踐中許多類型的精加工中都包含間歇切削。對(duì)于金屬陶燒來(lái)說(shuō)，該領(lǐng)域也不再是一個(gè)真中地帶。事實(shí)上，金屬陶瓷也經(jīng)常被視為是解決這些問(wèn)題的一種方法。GC1525是一種經(jīng)過(guò)PVD涂層的牌號(hào)，之所以涂層，是因?yàn)镻VD涂層的研制成功對(duì)于金屬陶瓷的推廣應(yīng)用具有極大的推動(dòng)作用。
為什么會(huì)產(chǎn)生涂層金屬陶瓷牌號(hào)？
由于通過(guò)涂層，可以增強(qiáng)對(duì)片的耐磨性與抗塑性變形能力，因此使制造出韌性較好的金屬陶瓷成為一種可能。通過(guò)增加涂層，可以制造出切削速度高于160Sfm的韌性較好的現(xiàn)代金屬陶瓷刀片。而且，從材料學(xué)角度分析，刀片基體與涂層材料能夠結(jié)合是一種非常理想的方式。但是，為保證加工出最佳的、極高的表面質(zhì)量，非涂層切削刃仍是一種最佳選擇。
在金屬陶瓷與碳化鎢硬質(zhì)合金牌號(hào)之間進(jìn)行選擇仍是最主要的并且有時(shí)會(huì)存在一定的特有矛盾類型(沖突特征化)的問(wèn)題——金屬陶瓷仍然是較適合進(jìn)行精加工的刀片材料，尤其適用于可以充分發(fā)揮其保持極小尺寸與最佳表面質(zhì)量方面的應(yīng)用環(huán)境中。上述兩個(gè)條件仍然是選擇兩種刀具材料所考慮的關(guān)鍵因素。
注意負(fù)載因素
盡管現(xiàn)在金屬陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域已相當(dāng)廣泛，并已使用的安全性也較高，但是切削對(duì)負(fù)載仍然是一個(gè)存在疑惑的問(wèn)題。特別是與切削深度數(shù)倍于進(jìn)給率，產(chǎn)生的負(fù)載較大時(shí)，應(yīng)特別注意。在這種情況下，切屑截面積大小是決定是否選擇金屬陶瓷刀片的主要因素。
對(duì)于切削深度小的加工，負(fù)載出現(xiàn)問(wèn)題的可能性更大，也可以應(yīng)用較高的進(jìn)給率，保持較高的生產(chǎn)率。工件材料不同，產(chǎn)生的負(fù)載也有所不同，低碳鋼與高合金鋼之間的差別相當(dāng)大。當(dāng)用于加工較軟的、長(zhǎng)切屑與易變形的鋼材時(shí)，金屬陶瓷刀片性能表現(xiàn)最好。但是，金屬陶瓷也可以應(yīng)用于加工鑄鐵與不銹鋼。加工復(fù)合型工件時(shí)，金屬陶瓷刀片已經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，具有多種優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合型工件是指軟鋼焊接到不銹鋼上需要進(jìn)行車削的工件。
在間歇加工與包含仿形切削的加工類型中，切削深度較大，通過(guò)減小進(jìn)給率對(duì)以很好地完成加工。使用金屬陶瓷刀片精加工之前在粗加工時(shí)就要考慮到精加工，例如，留下較少量的加工余量，從而限制精加工的切削深度，這樣可以以提高加工質(zhì)量。
刀片槽形對(duì)于刀具材料發(fā)揮正常功能具有重要的作用，同時(shí)對(duì)于機(jī)加工的安全性與刀具的使用壽命也具有重要影響。刀片槽形的不同，其強(qiáng)度也大為不同，同一種牌號(hào)材料，一種槽形與另一種槽形的變化引起性能差異要大于同一種槽形時(shí)牌號(hào)變化引起的性能差異。目前，金屬陶瓷刀片大多數(shù)都是正前角，強(qiáng)度較小。
目前對(duì)于修光刃槽型刀片的安全性與生產(chǎn)率進(jìn)行了專門(mén)的研究開(kāi)發(fā)。對(duì)于這種型號(hào)的刀片，刀尖半徑經(jīng)過(guò)修正，切削刀強(qiáng)度相對(duì)較大，使用時(shí)能夠大大增加進(jìn)給率，也可以提高表面質(zhì)量。從而，實(shí)現(xiàn)了不同金屬陶瓷牌號(hào)之間的完美結(jié)合。
現(xiàn)代金屬陶瓷刀片應(yīng)用方法要點(diǎn)
金屬陶瓷是一種適用于精加工的刀具材料，其中尺寸精度與表面粗糙度保持穩(wěn)定是主要要求條件。
金屬陶瓷主要應(yīng)用于諸如低碳鋼等軟鋼加工，長(zhǎng)比屑，而已趨于研制組合刀刃用來(lái)加工鑄鐵與不銹鋼。
切屑負(fù)載是金屬陶瓷刀片應(yīng)用的一種限制因素，表現(xiàn)為工件的切削深度與進(jìn)給率之間的關(guān)系。
為獲得最佳的生產(chǎn)率與安全性，進(jìn)給率應(yīng)盡可能加大，切削深度應(yīng)盡可能最小。
進(jìn)行粗加工或半精加工時(shí)，留下最小的切削余量，為精加工作準(zhǔn)備。
選擇適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度最大的刀片，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而且刀片形狀、刀尖半徑與糟形都要適當(dāng)。
考慮把金屬陶瓷刀片應(yīng)用于包含間歇切削的加廠類型。目前的應(yīng)用領(lǐng)域已相當(dāng)廣泛。
修光刀刀片應(yīng)當(dāng)始終看作是用于精加工的刀片類型。在使用這種刀片進(jìn)行加工時(shí)，進(jìn)給率可以加倍，仍然可以得到同樣的表面質(zhì)量。同時(shí)對(duì)于長(zhǎng)切屑材料，這種對(duì)片強(qiáng)度較大而且斷屑性能良好。
金屬陶瓷的使用歷史
金屬陶瓷長(zhǎng)期以來(lái)給人們的印象是容易造成突發(fā)、不可預(yù)測(cè)的刀片故障，正因?yàn)槿绱�，推廣應(yīng)用一直不太順利。供應(yīng)商的廣告宣傳經(jīng)常是前后矛盾，一部分說(shuō)明只能適用于精車削加工，另一部分又說(shuō)明用途廣泛，可以適用半精加工。而且，金屬陶瓷刀具廣泛應(yīng)用于銑削加工——較為成功地適用于硬質(zhì)工件材料加工。這樣看來(lái)，各種全屬陶瓷刀具應(yīng)用的加工領(lǐng)域的劃分沒(méi)有明確的界限。
造成這種概念性模糊的一個(gè)直接性原因就是金屬陶瓷在刀具材料行業(yè)中應(yīng)用的迅猛發(fā)展。金屬陶瓷的產(chǎn)生歷史幾乎與碳化鎢/鈷硬質(zhì)合金一樣長(zhǎng)久。它是一種含鈦的硬質(zhì)合金。20世紀(jì)30年代中，研制出的第一種金屬陶瓷(Ti/Ni）具有易脆性，抗塑性變形能力卻極差。在40年代與50年代中，WC/Co硬質(zhì)合金得到充分發(fā)展，在性能改進(jìn)方面邁進(jìn)了一大步。在試湊法中加入其他元素成分，同時(shí)通過(guò)改進(jìn)燒結(jié)工藝，硬質(zhì)合金的性能改善明顯。
日本在70年代較早地使用金屬陶瓷，并開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，包括在其中加入更多種數(shù)量的硬質(zhì)元素成分。金屬陶瓷迅速發(fā)展，銷售量約占整個(gè)日本硬金屬的1/3，主要原因包括機(jī)械加工清潔方法的發(fā)展，采用較小的切削參數(shù)，選擇合適的刀具路徑，以及使用更容易獲取的原材料(鈦與鎳)替代傳統(tǒng)的原材料成分(鎢與鈷)，甚至加入增強(qiáng)金屬陶瓷其他性能的成分，改善了刀片抗塑性變形的能力。
80年代中，日本作為金屬陶瓷制造的火車頭，對(duì)其他國(guó)家的制造業(yè)產(chǎn)生了深刻的影響。眾多制造商開(kāi)始研究金屬陶瓷牌號(hào)的更廣泛用途可能是取得市場(chǎng)先機(jī)的因素之一。金屬陶瓷增長(zhǎng)與開(kāi)發(fā)的需求推動(dòng)了許多新型的具有較小晶粒的更加可靠的材料牌號(hào)的產(chǎn)生。90年代，金屬成分更加復(fù)雜，加入成分量更大，從而研制出平衡性更好的耐磨刀具。
過(guò)去10年的發(fā)展主要包括材料成分與工藝技術(shù)兩個(gè)方面，直接結(jié)果是諸如CT5015與涂層GC1525等新牌號(hào)材料的韌性大大增強(qiáng)。韌性是金屬陶瓷推廣應(yīng)用的最主要的障礙，自從第一個(gè)刀片產(chǎn)生以后，人們就一直致力于韌性的提高。目前，加工包含間歇加工，要求生產(chǎn)安全性更高，隨著工件材料與機(jī)床刀具技術(shù)的改進(jìn)，對(duì)于精車削的要求也隨之提高。正是在起種環(huán)境下，金屬陶瓷牌號(hào)的種類越來(lái)越多。
