Ti(C,N)基金属陶瓷是一种陶瓷-金属复合材料,其硬度与耐热性接近陶瓷而抗弯强度和断裂韧性比陶瓷高。Ti(C,N)基金属陶瓷的导热性、耐热性、抗粘结性和化学稳定性比高速钢好得多,因此在刀具材料中获得了应用。
与TiC基金属陶瓷相比,Ti(C,N)基金属陶瓷具有更高的高温强度与硬度、良好的导热性和优良的耐冲击性等综合性能。与传统的WC-Co硬质合金相比,Ti(C,N)基金属陶瓷由于具有红硬性高、高温抗氧化性能好和热导率高等一系列优点,而使它特别适合于进行高速切削和对材料进行精加工和半精加工。
Ti(C,N)基金属陶瓷材料是未来取代WC基硬质合金的理想材料,但限制Ti(C,N)基金属陶瓷材料作为高性能切削刀具应用的主要因素有强韧性、抗热疲劳性能、可靠性以及高温稳定性等。国内外研究人员着眼于提高Ti(C,N)基金属陶瓷材料的上述性能而采取了如下措施:
(1)材料微观结构超细化,即晶粒超细化,从而提高材料的强韧性;
(2)通过成分优化,在Ti(C,N)基金属陶瓷材料中添加TaC、NbC等碳化物,并改善金属陶瓷两相界面的稳定性,从而提高材料的红硬性以及热冲击性能;
(3)对制造的超细晶粒金属陶瓷刀具进行表面渗硼处理,从而进一步提高刀具的表面耐磨性以及可靠性;
(4)开发涂层金属陶瓷刀具。
到2010年为止,我国的金属切削刀具市场容量已达330亿元,但我国生产的刀具多数仍属于低端的高速钢标准刀具,国产的金属陶瓷刀具所占市场比例仍然偏低。根据《工具行业“十二五”发展规划》的要求,我国国产刀具在高端市场的占有率要从目前的15%左右提高到30%～40%,并再用2～3个五年计划时间,使国产化率逐步提高到发达国家的平均水平,即60%～70%。为了完成这个目标,我国高端刀具的年均增长率须达到20%左右。
目前,国内切削刀具仍是以高速钢刀具为主,随着高速切削技术和数控技术的迅猛发展,发展高性能、高寿命的金属陶瓷刀具势在必行。可以肯定的是,随着Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的强韧性的不断改善,Ti(C,N)基金属陶瓷刀具所占硬质刀具市场的份额将逐步扩大,并有取代碳化钨/钴硬质合金切削刀具的趋势。
综上所述,限制Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料在高端切削刀具方面的大规模应用的主要问题在于材料强韧性不足。目前国内外的科研团体与生产单位都把Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的强韧化列为最重要的研究课题。研究开发结构均匀的超细晶粒结构金属陶瓷复合材料,对促进我国高端硬质刀具的更新换代及技术进步,具有重要意义。
