氮化硅系列陶瓷刀具高速切削高温合金研究现状
氮化硅陶瓷刀具的研磨过程与切削力分析
氮化硅陶瓷刀具的研磨过程与切削力分析氮化硅陶瓷刀具是一种采用氮化硅作为主要原料制成的刀具材料，具有高硬度、耐磨、耐高温和化学稳定性等优点，广泛应用于机械加工领域。
为了保证氮化硅陶瓷刀具的切削性能和使用寿命，研磨过程的控制和切削力的分析显得尤为重要。
本文将对氮化硅陶瓷刀具的研磨过程与切削力进行详细分析。
首先，氮化硅陶瓷刀具的研磨过程是指通过研磨工艺将刀具加工为所需的形状和精度。
氮化硅陶瓷具有高硬度和脆性，因此研磨过程中需要选择合适的研磨工具和研磨参数，以避免产生过大的切削力和表面损伤。
研磨工具一般采用金刚石砂轮，研磨参数包括研磨速度、进给速度和研磨深度等。
合理选择研磨工具和参数可以保证刀具的加工精度和表面质量，同时减小切削力。
其次，切削力是指在切削过程中刀具所承受的力，对于氮化硅陶瓷刀具来说，切削力直接影响其切削性能和使用寿命。
切削力的大小与切削过程中的切削力系数、切削速度和切削深度等参数密切相关。
刀具的切削力系数是刻画切削力与切削速度和切削深度之间关系的一个重要参数，它的大小与刀具材料的性质、切削条件和磨削方式等因素有关。
对于氮化硅陶瓷刀具的切削力分析，可以从刀具的材料性质和切削条件两个方面进行。
首先，氮化硅陶瓷具有高硬度和脆性，因此在切削过程中往往会产生较大的切削力。
其次，切削条件包括切削速度、切削深度和进给速度等参数，这些参数的变化会直接影响切削力的大小。
一般来说，切削速度越高，切削力越大；切削深度越大，切削力越大；进给速度越大，切削力越大。
因此，在使用氮化硅陶瓷刀具进行切削时，需要合理选择切削条件，以减小切削力。
此外，刀具的切削力还与刀具的刃磨状态和刃磨方式等因素密切相关。
刀具的刃磨状态对切削力的大小和切削性能有着重要影响。
磨削时，刀具表面会产生一定的磨痕和残留应力，这些磨痕和残留应力会影响刀具的切削性能和切削力。
因此，在刃磨过程中需要选择合适的磨削方式和参数，以保证刃磨质量和切削性能。
综上所述，氮化硅陶瓷刀具的研磨过程和切削力分析对于保证刀具的性能和使用寿命至关重要。
氮化硅刀具的性能及应用
氮化硅（Si3N4）陶瓷刀具有很高的耐磨性、红硬性，可以进行高速切削、减少换刀次数及减少由于刀具磨损而造成的尺寸误差。
在数控机床、加工中心上应用具有更明显优势，可大大提高生产效率和产品质量。
2．氮化硅陶瓷刀具的切削性能?（1）高硬度?氮化硅陶瓷刀片的室温硬度值已超过了最好的硬质合金刀片硬度，达到92.5～94HRA，这就大大提高了它的切削能力和耐磨性。
它可以加工硬度高达65HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁，可节省退火加工所消耗的电力。
其优良的耐磨性不仅延长了刀具的切削寿命，而且还减少了加工中的换刀次数，从而保证切削工件时的小锥度和高精度，尤其是用于数控机床进行高精密连续加工时，可减少对刀误差和因磨损引起的不可预测的误差，简化刀具误差补偿。
?（2）高强度?目前氮化硅陶瓷刀片的抗弯强度已达到750～1000MPa，超过了高速钢，与普通硬质合金相当。
（3）良好的抗高温氧化性?氮化硅陶瓷刀片的耐热性和抗高温氧化性特别好，即使在1200～1450℃切削高温时仍能保持一定硬度和强度，进行长时间切削，因此允许采用远远高于硬质合金刀具的切削速度实现高速切削。
其切削速度比硬质合金刀具提高3～10倍，因而能大幅度提高生产效率。
实验证明，在众多的陶瓷材料中，Si3N4陶瓷具有最佳的耐热性。
（4）良好的断裂韧性?断裂韧性值是评价陶瓷刀片抗破损能力的重要指标之一，它与材料的组成、结构、工艺等因素有关。
Si3N4系列陶瓷刀片的断裂韧性值优于其他系列陶瓷刀片(达6～7MPam1/2)，接近某些牌号的硬质合金刀片，因而具有良好的抗冲击能力，尤其在进行铣、刨、镗削及其它断续切削时，更能显示其优越性。
?（5）抗热震性强?陶瓷材料的抗热震性是指其在承受急剧温度变化时，评价其抗破损能力的重要指标。
Si 3N4系列陶瓷刀片由于强度高、热膨胀系数低，抗热震性能指标△T高达600～800℃，明显优于其它系列陶瓷刀片（300～400℃），因而在高强度断续零件的毛坯加工方面，显示出独特的优越性能。
氮化硅陶瓷刀具的应用研究
切削深 度 ap = 3 ～6mm; 半 精 加 工 时 , ap = 115 ～ 3mm; 精加工时取 ap < 016mm; 加工淬硬钢 , 一般半 精加工时 , 切削深度 ap = 115 ～215mm; 精加工时取 ap < 014mm。当工艺系统刚性较差时 , 为了避免引起 振动使刀片破损 , 应该相应地减小切削深度 。
同而选取不同的进给量 : 一般半精车时 , 进给量取
f = 0115～0135mm / r; 精车时取 f = 0105～0115mm / r。 ( 3) 切削深度 ap 的选择 用氮化硅陶瓷刀具加工时 , 在机床功率和工艺系
统刚性允许的情况下 , 为了提高生产效率 , 应尽可能
选择较大的切削深度 , 一般粗加工普通钢和铸铁时 ,
2008年 6月 第 36卷 第 6期
机床与液压
MACH INE TOOL & HYDRAUL ICS
Jun12008 Vol136 No16
氮化硅陶瓷刀具的应用研究
于金伟
(潍坊学院 , 山东潍坊 261061)
摘要 : 介绍了氮化硅陶瓷刀具的切削性能 、切削用量的选择及其应用 。氮化硅陶瓷是一种新型刀具材料 , 其优良的切 削性能解决了超硬材料的加工难题 , 提高了生产效率 , 降低了加工成本 。
削温度作用下 , 容易膨胀和变形 。
氮化硅陶瓷刀具是一种新型复合陶瓷刀具 , 具有
硬质合金刀具所无法比拟的特性 。氮化硅陶瓷刀具硬
度高 , 具有良好的耐磨性 , 在加工高锰钢时 , 刀具耐
用度是硬质合金刀具的 6倍 。这一特性可避免在加工
中途换刀 , 因而可避免加工表面出现接刀痕 。氮化硅
陶瓷刀具热硬性好 , 不仅在常温下硬度高 , 而且在
2024全球与中国氮化硅陶瓷制品行业发展现状分析及前景展望
2024全球与中国氮化硅陶瓷制品行业发展现状分析及前
景展望
一、背景介绍
氮化硅陶瓷制品是一种新型的金属材料，它的优点在于比传统金属材料的强度更高、抗折性更好、耐磨性更强、热导率更小、熔点更高等等，因此在很多注塑件、节流装置、电子设备制造中，其用途非常广泛。
二、全球发展现状
全球氮化硅陶瓷制品市场发展状况十分乐观，一方面随着微电子、传感器技术的发展，高性能电子件的需求量不断增加，使得氮化硅陶瓷制品的应用前景十分广阔；另一方面，市场竞争也比较激烈，许多跨国企业纷纷进入氮化硅陶瓷制品市场，使得市场环境更加活跃，竞争更加激烈。
根据最新的市场研究报告，全球氮化硅陶瓷制品市场预计在2025年前将以一定的速度增长，其全球市场份额在2023-2025年将有所增长，预计到2025年将达到14.58%，接近2028年的20.21%。
三、中国氮化硅陶瓷制品市场发展现状
中国氮化硅陶瓷制品市场也在迅猛发展，去年市场总值比上年大幅增长了40%以上，属于高速发展。
目前，中国氮化硅陶瓷制品行业多集中在浙江、上海、江苏等地，而且其中有很大一部分公司都是外资公司，比例约占45%，说明目前中国氮化硅陶瓷制品行业的发展状态还是较为乐观的。
氮化硅陶瓷刀具的微观结构与力学性能分析
氮化硅陶瓷刀具的微观结构与力学性能分析氮化硅陶瓷刀具作为一种先进的切削工具，在工业领域中拥有广泛的应用。
它具有高硬度、优异的耐磨性和化学稳定性，因此在高速切削、高温加工等领域表现出色。
本文将对氮化硅陶瓷刀具的微观结构与力学性能进行详细分析，以期更好地理解并优化其应用性能。
在开始分析之前，首先我们需要了解氮化硅陶瓷刀具的结构组成。
氮化硅陶瓷材料主要由氮化硅晶体相和少量的氮化铝、氮化钛等添加剂组成。
氮化硅晶体相具有良好的硬度和抗磨性，同时添加剂可以改善陶瓷材料的力学性能和制造工艺。
在氮化硅陶瓷刀具的微观结构分析中，我们可以首先关注晶体相的排列方式。
研究表明，氮化硅陶瓷具有多晶结构，晶粒的尺寸一般在几微米至几十微米之间。
这种多晶结构为陶瓷材料提供了更好的强度和韧性，使其能够承受较大的切削力和冲击力。
此外，氮化硅陶瓷刀具还具有一定的孔隙率，这些微小孔隙可以储存润滑液和冷却剂，在切削过程中起到润滑和冷却的作用。
与微观结构相对应的是氮化硅陶瓷刀具的力学性能。
首先是硬度。
氮化硅陶瓷刀具具有极高的硬度，通常可以达到1500至2500HV。
这种高硬度使得刀具可以在高速切削时保持较好的切削性能，而不易受到磨损和变形。
此外，氮化硅陶瓷刀具还具有较高的弹性模量，可以在切削过程中保持较好的刚性和稳定性。
除硬度外，氮化硅陶瓷刀具的韧性也是其优势之一。
尽管陶瓷材料通常以其脆性而闻名，但氮化硅陶瓷通过优化微观结构和添加剂的方式，可以在一定程度上提高其韧性。
这使得氮化硅陶瓷刀具能够承受较大的冲击力和切削力，减小刀具损伤和断裂的风险。
此外，陶瓷材料还具有优异的耐磨性，可以长时间维持刀具的尖锐度和切削性能。
在应用中，氮化硅陶瓷刀具的微观结构和力学性能也受到外界因素的影响。
例如，切削速度、切削深度和切削力等参数都会直接影响刀具的磨损和断裂。
因此，在实际使用中，需要根据具体情况选择适当的切削条件，以最大限度地发挥氮化硅陶瓷刀具的优势。
此外，刀具的制造工艺和后处理过程也会对刀具的微观结构和力学性能产生重要影响。
【精品文章】浅析氮化硅在陶瓷工业刀具中的应用,硬质合金刀具弱爆了
浅析氮化硅在陶瓷工业刀具中的应用，硬质合金刀
具弱爆了
一、前言
随着新技术革命的发展，要求不断提高切削加工生产率和降低生产成本，特别是数控机床的发展，要求开发比硬质合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。
目前各种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的难以切削的新材料日益增多。
据文献估计，这类材料已占国际上加工总数的50%以上，硬质合金刀具对其中不少新材料的加工难以胜任。
另一方面，现在国际上硬质合金产量已达20000～25000t，每年消耗大量的金属，如W、Co、Ta和Nb等。
这些金属的矿产资源正日益减少，价格上涨，按目前消耗速度，用不了几十年，有些资源将耗尽，陶瓷刀具就是在这样的背景下发展起来的。
其中作为第三代陶瓷刀具的氮化硅陶瓷刀具，是一种用硅粉作原料，经球磨、氮化后，再掺以少量的助烧结剂热压烧结成型的新型陶瓷刀具材料。
二、陶瓷刀具的发展历史
19世纪末以前，切削刀具都是用碳钢制造的，耐热性在200～250℃以下，切削速度很低，切削钢时仅为6～10m/min，切削铸铁时为3～
5m/min。
其后，出现了合金工具钢、高速工具钢和硬质合金，刀具的耐热性达。
新型陶瓷刀具研究进展
新型陶瓷刀具的研究进展摘要：本文回顾了陶瓷刀具的发展简况及其意义，并且综述了陶瓷刀具材料的种类、性能和特点、以及其制备方法，在此基础上分析了陶瓷刀具的发展趋势和前景。
关键词：陶瓷刀具；氧化铝；氮化硅；性能中图分类号： tg 7111、引言切削加工是工业生产中最基本、最普通和最重要的方法之一，它直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。
然而随着现代制造技术的发展，各种新型难加工材料在产品中的大量应用，传统的硬质合金刀具已难以满足生产需要，而作为新型切削材料的陶瓷刀具由于具有高耐热性、耐磨性、化学稳定性等特点，因此陶瓷刀具在切削加工中扮演者越来越重要的角色。
另外，从资源方面考虑，陶瓷刀具的原材料也远远丰富于传统合金刀具。
总所周知，硬质合金刀具含有大量的w、co 等战略性贵重金属，并且这些贵重金属在地球上市有限的，而且是不可再生资源。
而陶瓷刀具的主要原料是al2o3和sio2，这些化合物在地壳中的含量非常丰富。
因此其发展及应用前景十分广阔[1-3]。
目前刀具的主要原材料是高速钢和硬质合金，但从发展趋势来看，金属陶瓷刀具材料在制造刀具方面的用量逐年增加，同时也是近几年来新型刀具研究方面的重点和热点。
本文将简述陶瓷刀具的发展史，同时综述陶瓷刀具材料的种类及其性能，以及其制备方法。
2、陶瓷刀具的发展简况陶瓷作为切削加工材料，有着源远流长的历史。
早在1905 年德国人就开始了用al2o3陶瓷作为切削刀具材料的研究。
但是由于al2o3陶瓷比较脆，而且当时的陶瓷工艺技术也比较落后，所以它的广泛应用在当时受到限制。
1968 ～1970 年间人们研制成功了al2o3+tic复合陶瓷刀具，。
这促使al2o3基陶瓷刀具逐渐地走出了缓慢发展的低谷，成为解决超硬材料加工的一种新型刀具[4-6]。
20世纪70年代中期美国用sialon陶瓷刀具（si3n4+al2o3的固熔体）加工灰铸铁，取得良好效果[7]。
同期，中国用热压si3n4陶瓷刀具实现了对多种难加工材料进行多种工序的加工和生产应用[7，8]。
氮化硅陶瓷刀具的电化学性能与电切削应用
氮化硅陶瓷刀具的电化学性能与电切削应用近年来，随着科技的不断发展，材料科学领域也取得了长足的进步。
氮化硅陶瓷作为一种新兴的刀具材料，具有优异的机械性能和化学稳定性，因此备受关注。
本文将重点探讨氮化硅陶瓷刀具的电化学性能以及其在电切削应用中的表现。
首先，我们需要了解氮化硅陶瓷刀具的电化学性能是如何影响其切削性能的。
氮化硅陶瓷的电化学性能主要包括导电性、电化学腐蚀性和电解加工性等方面。
导电性是指材料导电的能力，而氮化硅陶瓷在常规条件下是绝缘体，具有很低的电导率。
这一特性使得氮化硅陶瓷刀具可以在高温和高压环境下使用，而不会受到电流的干扰。
另一方面，氮化硅陶瓷的电化学腐蚀性也对其切削性能有重要影响。
电化学腐蚀性是指材料在电解液中的耐蚀性，而氮化硅陶瓷表面具有非常高的抗腐蚀性，可在多种酸碱环境中长时间稳定使用。
这一特性使得氮化硅陶瓷刀具在切削过程中可以避免因电化学腐蚀而引起的刀具表面损伤和氧化。
此外，氮化硅陶瓷的电解加工性也是其在电切削应用中的重要表现之一。
电解加工是利用电化学腐蚀作用来进行材料的切削加工，通过在氮化硅陶瓷刀具表面形成一定的电解液层，可以提高切削过程中的冷却和润滑效果，减小切削力和降低表面粗糙度。
这使得氮化硅陶瓷刀具在硬质材料的切削加工中具有更好的性能。
在电切削应用中，氮化硅陶瓷刀具的优势得到了进一步的展现。
首先，由于其在高温和高压环境下的优异性能，氮化硅陶瓷刀具可以在高速切削、硬质材料切削和超精密加工等领域中得到广泛应用。
其次，氮化硅陶瓷刀具具有较低的热膨胀系数和高硬度，可以有效减小切削过程中的热变形和刀具磨损，从而提高切削精度和表面质量。
此外，氮化硅陶瓷刀具还具有较高的化学惰性，可以避免刀具表面与切削材料发生化学反应，从而延长刀具寿命。
然而，仍然需要注意的是，氮化硅陶瓷刀具在电切削应用中也存在一些挑战和限制。
首先，由于其高硬度和脆性，氮化硅陶瓷刀具容易发生断裂和破损，特别是在大面积切削和复杂形状切削时。
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国内研究现状
机匣的切削试验
刀片材料 TiN金属陶瓷 转速 (r/min) 3500 f(mm/min) 716 ap (mm) 2 切削角(°) 30 切削时 间(s) 70 刀片磨损形式 崩齿严重
4000
6000 7500 7500 7500 7500 7500
1540
1540 1900 1800 2000 2000 2000
国内研究现状
后刀面磨损：随着切削速度的增加，变化不大，保持基本稳定 沟槽磨损：随着切削速度的增加急剧下降，在速度为1037m/min时，磨损量为零
目录
国外研究
德国弗劳恩霍夫材料力学研究所
陶瓷刀具滑动摩擦化学磨损实验 材料：inco718 刀片材料：Sialon陶瓷 冷却方式：干切削
滑动摩擦距离：2000m 相对速度（m/s）：1,5,10,25 压力：100N,200N
国外研究
在5m/s时材料磨损最小，当速 度大于5m/s时材料磨损加剧
国外研究
a.接触表面SEM图 b.SIALON截面图：s=2000m,5m/s,F=200N
a.接触表面SEM图 b.SIALON截面图：s=2000m,25m/s,F=200N
国外研究
结论： 1. Sialon和Inconel718会在接触区域形成摩擦化学 反应层，其中主要反应物质为氧化铬和二氧化硅;
Hale Waihona Puke 2. 在一定压力载荷范围内，该反应层能起到润滑和 保护的功能; 3. 随着载荷的增大，摩擦产生的热量会增加，这将 导致反应层迅速增大并变得不稳定
目录
结论
目录
国内研究现状
沈阳黎明发动机（赵秀芬）
转包机匣加工 材料：inco718 实验设备：五坐标加工中心 实验刀具：强力夹紧刀柄 铣刀盘直径：d=31.75mm、Z=3 刀片材料：TiN金属陶瓷、氮化硅赛阿龙陶瓷 冷却方式：干切削、风冷切屑 加工难点：其形状中间有很多“岛区”,单边加工余 量最大≥ 30 mm,最小≥ 20 mm
磨损标准VB=0.6mm
国内研究现状
后刀面磨损
a、切削距离200mm b、切削距离600mm
切削速度500m/min
切削速度1037m/min 在较高速度下，刀具的磨损主要 是以磨粒磨损和微剥落为主; 较 低速度下，刀具主要以磨粒磨损 和沟槽磨损为主，黏结是加速沟 槽磨损的重要因素。
切削速度720m/min
2
2 2 2 3 3 3
30
30 30 0 0 0 0
80
90 110 138 180 190 190
刀片半层剥落
侧刃有崩齿 刀片半层剥落 崩齿严重 磨损不大 磨损不大 磨损不大
国内研究现状
分析
2、加工采用大切深，切深接触长度大,产生的切削热高, 使被加工材料自身发生软化（≥750℃）
赛阿龙刀片
3、优化加工程序,在拐角处参数应衰减的处,改成走圆角, 减小加工中设备振动和防止零件过热
3. 耐磨性好：可减少加工中的换刀次数,从而提高精度；
4. 良好的断裂韧性：切削时不易产生裂纹，可以进行氧化皮切削、断续切削 、湿式切削和端铣等场合； 5. 热硬性好：在1200℃的高温下,硬度仍能保持80HRA以上； 6. 摩擦系数小：不易产生积屑瘤,可以进行高速切削； 7. 原料普遍：原料是自然界很丰富的氮和硅,用它代替硬质合金,可节约大量W 、Co、Ta和Nb等重要金属 结论：适合切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料,尤其适用于较大进给量
氮化硅系列陶瓷刀具高速切削高温合金 研究现状
目录
刀具材料介绍 国内研究现状 国外研究现状
目录
刀具材料介绍
氮 化 硅 陶 瓷
刀具材料介绍
材料优点
1. 抗弯强度高：一般达900～1000MPa(据资料报道,有的高达1500Mpa)； 2. 硬度高：室温硬度值达到92.5HRA～94HRA, 可用于加工硬度高达65HRC 的各类淬硬钢和硬化铸铁；
报废刀片
国内研究现状
切屑形状
普通带状切屑
线速度≥400 m/min时,改变了高温 合金的带状切屑,切屑形态为C形屑 线速度≥ 700 m/min时切屑形态变 成了酥脆的单元碎屑。 剪切区滑移增加，传递切削热增加
国内研究现状
辽宁石油化工大学（孙士雷）
陶瓷刀具铣削高温合金材料试验 材料：GH4169 实验设备：EMCO FAMUP MC120-60四轴加工中心 实验刀具：山特维克 RNGN 120700 CC6060 刀具尺寸：ø12.7×4.86 刀片材料：氮化硅赛阿龙陶瓷 刀具参数：前角-6°，后角6° 切削长度：600mm 切削深度：ap=0.7mm 切削速度（m/min）：500,600,720,864,1037 冷却方式：干切削