陶瓷刀具与硬质合金刀具相比,其硬度高(91-95HRA),耐磨性好,在相同切削条件加工钢料时,磨损仅为P10(YT15) 硬质合金刀具的1/15,刀具寿命长;在1200℃时仍能保持80HRA的高硬度,所以在高温下仍能进行高速切削;它与钢铁金属的亲和力小,摩擦因数低,抗粘结和抗扩散能力强,切削时不易粘刀及产生积屑瘤,加工表面质量好。另一方面,陶瓷刀具的缺点是脆性大,抗弯强度和抗热冲击性能较差,当切削温度发生显着变化时,容易产生裂纹。表1列出了陶瓷与常用硬质合金的性能对比。
潜质优厚的新型刀具 陶瓷刀具有氧化铝(Al2O3)基和氮化硅(Si3N4)基两大类,具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点。过去由于抗弯强度低、脆性大,长期以来主要作为精加工刀具,占各类刀具材料中的比重很小。
但近几年来,由于控制了原料纯度和颗粒尺寸细化,添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等改善其性能,还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性,不仅使抗弯强度提高到0.9~1.0GPa(高的可达1.3-1.5GPa),而且断裂韧度和抗冲击性能都有很大提高,应用範围日益扩大,除可用于一般的精加工和半精加工外,也可用于冲击负荷下的粗加工,在国际上公认为是提高生产效率最有潜质的刀具。目前,陶瓷刀具能以200~1000m/min的切削速度高速加工钢、铸铁及其合金等材料,刀具寿命比硬质合金高几倍、甚至几十倍。如德国Guhring公司推出的RT200系列整体陶瓷钻头和陶瓷立铣刀,精加工切削速度为1000m/min。同时,它的出现使传统的工艺概念发生变化,利用陶瓷刀具可直接以车、铣代替磨削(或抛)对淬硬零件加工,可用单一工序代替多道工序,大大缩短工艺流程。在生产中既能用于一般的车、镗和铣削加工,更成功地用于精密孔的加工。除可在普通机床使用外,也能有效地用于数控机床等高效设备。与金刚石和CBN(立方氮化硼)等超硬刀具相比,陶瓷的价格相对较低,因此有人认为:“随着现代陶瓷刀具材料性能的不断改进,今后它将与涂层硬质合金刀具、金刚石和CBN等超硬刀具一起成为高速加工三种主要刀具。”