陶瓷刀具切削加工时的磨损与润滑（三）

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　　Rice等人的研究表明：气孔率的增加使陶瓷刀具的耐磨性能大大降低，弹性模量与热胀失配所产生的过大残余应力会导致材料在未受外载时就产生开裂。由于多晶陶瓷所加的添加剂在烧结过程中主要以玻璃相形式存在于晶界上，在高速切削产生的高温条件下，玻璃相粘度降低而发生塑性流动，导致晶界滑移，并在晶界交界处产生应力集中现象。如果应力集中使得相邻晶粒完全塑性变形，则会使应力松弛，如果不能与邻近晶界变形相适应，则应力集中将使晶界处产生裂纹。裂纹成核后，随着晶界滑移程度的不断增加，将会引起裂纹产生。陶瓷刀具材料晶体中的大量位错为裂纹成核提供了另一种方式，随着磨损过程的不断进行，位错不断增殖，在晶界处就会形成更多因位错而产生的微裂纹，这些裂纹相接就会形成连续裂纹，从而导致陶瓷刀具耐磨性能下降。

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　　3.陶瓷刀具切削加工时的润滑

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　　对于陶瓷刀具在切削加工中是否需要润滑目前看法尚不统一。有些学者认为，陶瓷刀具具有高硬度、高熔点、耐高温等特点，且抗热震性较差，对热应力很敏感，不适当的冷却作用会使刀具产生热裂纹而发生破损，因此陶瓷刀具切削加工时不需冷却和润滑即可满足使用要求。但也有不少研究者认为，陶瓷刀具在加工某些难加工材料时(如用晶须增韧陶瓷刀具加工镍基高温合金)，必须充分使用切削液(含氯化石蜡的切削液效果更好)。采用适当的冷却和润滑对减小陶瓷刀具磨损、延长其使用寿命十分有益。

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　　Tonshoff等人研究了Al2O3/TiC陶瓷刀具车削淬硬钢时润滑剂的作用，切削试验分别在干切削和不同润滑剂润滑条件下进行。结果表明：刀具的磨损、已加工表面质量以及切屑的形成均受到润滑剂的影响。与干切削相比，采用润滑剂的刀具寿命延长，工件已加工表面质量显著提高。这主要是因为润滑剂中的极压添加剂在切削条件下与工件表面发生摩擦化学反应而形成了化学吸附膜。通过对润滑切削条件下的工件表面进行成分分析，发现了含FeS和FePO4等成分的极压润滑膜，正是这种极压润滑膜降低了切削摩擦力，抑制了粘结的发生，从而减小了刀具磨损。

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　　Cheryl对Si3N4/TiC陶瓷材料在900℃高温下的摩擦磨损试验研究表明：Si3N4和TiC在高温下发生氧化，在摩擦表面生成含Si和Ti的氧化物保护膜，可显著降低摩擦系数，并有利于提高材料的耐磨性能。用Si3N4基和Al2O3基陶瓷刀具进行镍基合金的切削试验发现，干切削条件下刀具失效的主要原因是严重的前刀面磨损及切屑在刀具上的粘结，而使用切削润滑剂改善了刀具的切削性能，提高了切削效率和加工件的表面质量。有人曾对多种润滑剂、添加剂对陶瓷—金属摩擦副的润滑作用进行了研究，发现油基切削液比水基切削液更为有效。如使用含二烷基二硫化磷酸锌(ZDDP)的润滑油进行润滑，Si3N4陶瓷刀具切削45钢时的磨损率与干切削相比可减小两个数量级，切削不锈钢时的磨损率比干切削时可减小一个数量级。表面分析发现，Si3N4及工件的磨损表面上有ZnO、FeS、FePO4等摩擦化学反应产物生成。

　　作者曾对Al2O3/TiB2陶瓷刀具干切削淬硬钢进行了试验研究，结果表明：该陶瓷刀具高速干切削时具有自润滑功能。当切削速度较低时，切削温度也较低，刀具的磨损机制主要表现为磨料磨损与粘结磨损；当切削速度很高时，刀具表面平均切削温度较高，实际瞬时最高温度大于平均温度，切削后刀具磨损区的XRD谱图中出现了TiO2衍射峰，这表明TiB2在切削高温的作用下发生了氧化。

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