塗層硬質合金

　　在韌性較好的硬質合金刀具上塗覆1層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al3O2等，塗層的厚度為2~18μm，塗層通常具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導係數，減弱了刀具基體的熱作用；另一方面能有效地改善切削過程的摩擦和粘附作用，降低切削熱的生成。

　　塗層按生成方法可分為物理氣相沉積(PVD)與化學氣相沉積(CVD)2種。PVD塗層(2~6μm)主要包括TiN、TiCN、TiAlN等，其成分還在不斷地增加，如TiZrN。TiN和TiC塗層的最高壓力分別可達到3580MPa和3775MPa，TiAlN塗層因缺乏可靠的彈性模量資料而得不到準確的壓應力值，高速切削實驗結果表明TiAlN效能最好。圖1為這3種塗層硬度隨溫度變化的情況，在室溫下硬度最高，當溫度超過[Y;時，TiAlN塗層的硬度高於TiCN和TiN塗層。圖2為加工鎳基高溫合金Inconel178時用2種切削速度v1=193.5m/min和v2=380m/min條件下的刀具壽命，實驗表明TiCN和TiAlN塗層的切削效能明顯優於TiN塗層。

　　儘管PVD塗層顯示出很多優點，但一些塗層如Al2O3和金剛石則傾向於採用CVD塗層技術。Al2O3是一種耐熱和抗氧化很強的塗層，它能夠將刀具體和切削產生的熱量隔離開。透過CVD塗層技術，還可以綜合各種塗層的優點，以達到最佳的切削效果，滿足切削加工的需要。例如。TiN具有低摩擦特性，可減少塗層組織的損耗，TiCN可降低後刀面的磨損，TiC塗層硬度較高，Al2O3塗層具有優良的隔熱效果等。

　　塗層硬質合金刀具與硬質合金刀具相比，無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大提高。車削硬度在HRC45~55的工件，低成本的塗層硬質合金可實現高速車削。近年來，一些廠家應用改進塗層材料等方法，使塗層刀具的效能有了極大的提高。如美、日的一些廠家採用瑞士AlTiN塗層材料和新塗層專利技術生產的塗層刀片，硬度高達HV4500~4900，可在498.56m/min的速度時切削硬度HRC47~58的模具鋼。在車削溫度高達1500~1600°C時仍然硬度不降低、不氧化，刀片壽命為一般塗層刀片的4倍，而成本只有30%，且附著力好。

　陶瓷材料

　　陶瓷刀具材料隨著其組成結構和壓制工藝的不斷改進，特別是奈米技術的進展，使得陶瓷刀具的增韌成為可能，在不久的將來，陶瓷可能繼高速鋼、硬質合金以後引起切削加工的第3次革命。陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高強度(抗彎強度為750~1000MPa)，耐磨性好，化學穩定性好，抗粘結效能良好，摩擦係數低且價格低廉等優點。不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200°C時硬度達到HRA80。

　　正常切削時，陶瓷刀具耐用度極高，切削速度可比硬質合金提高2~5倍，彎管機廠家特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，可切削硬度達HRC65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有：氧化鋁基陶瓷、氮化矽基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。

　　氧化鋁基陶瓷刀具比硬質合金有更高的紅硬性，高速切削狀態下切削刃一般不會產生塑性變形，但它的強度和韌性很低，為改善其韌性，提高耐衝擊性能，通常可加入ZrO或TiC和TiN的混合物，另一種方法是加入純金屬或碳化矽晶須。氮化矽基陶瓷除紅硬性高以外，還具有良好的韌性，與氧化鋁基陶瓷相比，它的缺點是在加工鋼時易產生高溫擴散，加劇刀具磨損，氮化矽基陶瓷主要應用於斷續車削灰鑄鐵及銑削灰鑄鐵。

　　金屬陶瓷是一種以碳化物為基體材料，其中TiC為主要的硬質相(0.5~2μm)，它們透過Co或Ti粘結劑結合起來，是一種與硬質合金相似的刀具，但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性。它比常規硬質合金能承受更高的切削溫度，但缺乏硬質合金的耐衝擊性、強力切削時的韌性以及低速大進給時的強度。近年透過大量的研究、改進和採用新的製作工藝，其抗彎強度和韌性均有了很大提高，如日本三菱金屬公司開發的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山德維克公司開發的金屬陶瓷刀片新品CT系列和塗層金屬陶瓷刀片系列，其晶粒組織的直徑細小至1μm以下，抗彎強度和耐磨性均遠高於普通的金屬陶瓷，大大拓寬了其應用範圍。

立方氮化硼(CBN)

　　CBN的硬度和耐磨性

　　僅次於金剛石，有極好的高溫硬度，與陶瓷相比，其耐熱性和化學穩定性稍差，但衝擊強度和抗破碎效能較好。它廣泛適用於淬硬鋼(HRC≥50)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工，與硬質合金刀具相比，其切削速度可提高一個數量級。

　　CBN含量高的複合聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐衝擊韌性好，其缺點是熱穩定性差和化學惰性低，適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結金屬的切削加工。PCBN刀具中CBN顆粒含量較低，採用陶瓷作粘結劑，其硬度較低，但彌補了前一種材料熱穩定性差、化學惰性低的特點，適用淬硬鋼的切削加工。

　　在切削灰鑄鐵和淬硬鋼時，可選擇陶瓷刀具或CBN刀具，為此，應進行成本效益和加工質量分析，以確定選擇哪一種。圖3為Al2O3、Si3N4和CBN刀具加工灰鑄鐵後刀面磨損情況，如圖3所示，PCBN刀具材料切削效能優於Al2O3和Si3N4。但在淬硬鋼乾式切削時，高速鋼鋸片商城Al2O3陶瓷的成本低於PCBN材料。陶瓷刀具有良好的熱化學穩定性，但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。在切削硬度低於HRC60以下和採用小進給量時，陶瓷刀具是較好的選擇。PCBN刀具適於切削硬度高於HRC60的工件，尤其在自動化加工和高精度加工時更為適用。除此之外，在相同後刀面磨損情況下，PCBN刀具切削後的工件表面殘餘應力也比陶瓷刀具相對穩定，如圖4所示。

　　使用PCBN刀具乾式切削淬硬鋼還應遵循以下原則：在機床剛性允許條件下儘可能選擇大切深，這樣切削區生成的熱量使得刃前區金屬區域性軟化，能有效降低PCBN刀具的磨損，此外，在小切深時還應考慮採用PCBN刀具導熱性差而使得切削區熱量來不及擴散，剪下區也能產生明顯的金屬軟化效應，減小切削刃的磨損。

這個操作起來有些複雜，首先要知道被加工材料的機械特性，自己有條件的可以讓公司的實驗室測量出機械硬度，沒有條件的只能找外面花錢檢驗或透過大量切削測試刀具效能。根據被加工件的硬度採用合適的刀具材料硬度。