郭聿荃

（長(zhǎng)春市機(jī)械工業(yè)學(xué)校，吉林 長(zhǎng)春 130000）

1 耐熱合金材料及其優(yōu)點(diǎn)

耐熱合金是指可以在超高溫環(huán)境下不改變金屬材料本身的各種性質(zhì)，依然可以按照本身的原有形狀、耐磨性等特征進(jìn)行精細(xì)材料的制作任務(wù)，一般來(lái)說(shuō)，耐熱合金依據(jù)不同的耐熱性能大體被分為兩類制造原材料，以780攝氏度的溫度作為分界線，不能承受此溫度的為鐵基類材料，可以承受這種溫度的為鎳基類材料，這一類的合金都有很強(qiáng)的耐溫性和抗壓性，可以適應(yīng)很多情況下普通金屬無(wú)法適應(yīng)的特殊要求[1]。

一般來(lái)說(shuō)，多數(shù)堅(jiān)硬度大的金屬物體的切割都是在超高溫狀態(tài)下進(jìn)行的，因此對(duì)他們進(jìn)行切割的刀具的材料必須要比他們更加耐熱和堅(jiān)硬才行，這就要求對(duì)于耐熱合金刀具的選擇及其工藝參數(shù)有很高的精確度和了解度[2]。

2 耐熱合金刀具材料的選擇

根據(jù)以上對(duì)于耐熱合金材料及刀具制造材料的介紹，作者在這里對(duì)幾種選定的材料進(jìn)行了一系列的測(cè)試研究，我們選取的材料主要包括鈷基金屬、鎳基高溫合金、鐵基高溫合金。針對(duì)以上選擇的耐熱合金材料，我們進(jìn)行了不同溫度等級(jí)的加溫測(cè)試，分別記錄下各種溫度狀態(tài)下各個(gè)合金材料的物理狀態(tài)以及是否產(chǎn)生不穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)，以此來(lái)測(cè)試不同合金屬性對(duì)于溫度的反映。

測(cè)試結(jié)果反映在這三種測(cè)試合金中耐氧化性能最好的是鎳基高溫合金，最差的是鐵基合金，而鈷基高溫合金是最適宜切削步驟的，而對(duì)于高溫合金來(lái)說(shuō)，切削性能與金屬的耐熱性、元素的純度、加工成品刀具的粘結(jié)性等等因素都會(huì)影響高溫合金最終成品刀具的切削能力，因此對(duì)于這一部分內(nèi)容進(jìn)行研究討論時(shí)我們要確保綜合多個(gè)角度的因素進(jìn)行分析。

結(jié)合其他國(guó)家已有的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，最終對(duì)于耐熱合金刀具材料的選擇我們將不同材料的重要性程度進(jìn)行了排序，分別是純陶瓷材質(zhì)、金屬陶瓷、涂層合金、無(wú)涂層合金。

一般來(lái)說(shuō)，陶瓷材質(zhì)的刀具由于不導(dǎo)電布傳熱的特性使得他們?cè)谀蜔嵝院涂箟盒陨隙歼h(yuǎn)高于合金材質(zhì)，而且在進(jìn)行切削過(guò)程中摩擦損耗很低，可以使得刀具獲得最大程度上的長(zhǎng)期使用，而對(duì)于其他高溫金屬合金來(lái)說(shuō)，他們的金屬物質(zhì)不像其他稀有元素一樣不易與其他物質(zhì)產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，所以在高溫合金刀具表面加上一層具有一定硬度的保護(hù)涂層，不僅可以幫助刀具不受高溫和磨損的侵蝕，還可以避免其與其他物質(zhì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，以達(dá)到保持金屬原有的物理與化學(xué)特性的目的；而對(duì)于那些沒(méi)有涂層的高溫合金刀具來(lái)說(shuō)，他們?cè)跊](méi)有達(dá)到臨界溫度的情況下是可以長(zhǎng)期使用的，但是相應(yīng)的他們的磨損速度也要相應(yīng)的比前者高很多。因此陶瓷材質(zhì)的耐熱合金刀具成為我們的首選。

3 耐熱合金刀具形狀的選擇

一般來(lái)說(shuō)，耐熱合金刀具可以有多種形狀來(lái)進(jìn)行選擇，通常我們切割物體用的刀片都可以設(shè)計(jì)成不同的形狀，三角形、正方形、圓形、不規(guī)則多邊形，但這都要去覺(jué)得道具的用途以及切割的物品，多數(shù)刀具會(huì)設(shè)置成圓形，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中其切割的力度隨轉(zhuǎn)動(dòng)速率的變化而變化，但是不同大小的圓形刀具在每次的工作過(guò)程中切割效果、磨損程度都很不相同，對(duì)于不同材質(zhì)來(lái)說(shuō)，適合他們的刀具形狀也均不相同，要根據(jù)材料的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及特定切割的材料的相對(duì)應(yīng)性質(zhì)來(lái)綜合考慮確定，根據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，我們最終發(fā)現(xiàn)，無(wú)論哪種材料制成的高溫耐熱刀具，最好的刀具形狀都是半徑較大的，這種形態(tài)下刀具的表面利用率發(fā)揮到最大，同樣的力作用到刀具上時(shí)，這種形狀的刀具發(fā)揮的力的作用最大也最均勻，承受的溫度也可以均勻的分散，摩擦力等各項(xiàng)因素經(jīng)過(guò)研究在此種形狀的道具上產(chǎn)生的磨損也是最小的。

4 耐熱合金刀具的工藝參數(shù)

大量的國(guó)內(nèi)外關(guān)于耐熱合金刀具工藝參數(shù)研究的論文和相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了很多由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)最終改進(jìn)進(jìn)化而成的工藝參數(shù)，包括刀具上的齒輪數(shù)量，每個(gè)齒輪的凹進(jìn)程度、不同材料的刀具能承受的臨界不同溫度、不同材料刀具切割物品的有效使用次數(shù)、刀具涂層所使用的材料、涂層的厚度、刀具的厚度、半徑大小等等信息，在這里選取了一些對(duì)照組數(shù)據(jù)，以此來(lái)驗(yàn)證最佳的耐熱合金刀具的工藝參數(shù)。

選擇了一系列其他因素均相同只有一組對(duì)比不同的刀具，包括化學(xué)和物理兩種涂層的方式對(duì)相同材料的涂層刀具進(jìn)行了加工處理、涂層材料分別為軟層和硬層兩種刀具、半徑小和半徑大的兩種相同形狀的刀具、相同半徑大小但中央齒輪數(shù)目不同的刀具、齒輪數(shù)目等均同但是深度尺寸不同的刀具、三種不同溫度下其他因素相同的兩組刀具等等，通過(guò)這些不同對(duì)照參考的刀具作者進(jìn)行了逐一的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，由于對(duì)照組數(shù)量以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)多，作者在這里就不進(jìn)行詳細(xì)的一一列舉，直接列出實(shí)驗(yàn)以后得到的最終結(jié)果：

表1 耐熱合金刀具的工藝參數(shù)對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)上述表格已經(jīng)詳細(xì)的展現(xiàn)出本次研究的測(cè)試結(jié)果，其中有一點(diǎn)需要進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明，即針對(duì)涂層材料的選擇，由以上的對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)我們可以知道，化學(xué)和物理方法處理的涂層都會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生切削力，相比之下物理方法處理的刀具產(chǎn)生的切削力要小于化學(xué)處理方法下的刀具，但是化學(xué)處理方式的刀具完成的零件有更加光滑平整的表面，因此為了產(chǎn)品的美觀度和實(shí)用性，我們最終選擇了化學(xué)處理方法的涂層刀具。

5 耐熱合金刀具效果的實(shí)證對(duì)比

經(jīng)由上文的分析我們可以知道，中對(duì)于耐熱合金刀具的選擇和參數(shù)中首選的是半徑大的陶瓷刀具，為了驗(yàn)證我們的觀點(diǎn)，我們選取了幾組不同材質(zhì)和形狀的耐熱合金刀具作為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，通過(guò)不同溫度和受力以及實(shí)際切割應(yīng)用零件的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證我們的結(jié)論。

表2 耐熱合金刀具效果的實(shí)證對(duì)比

通過(guò)以上的實(shí)證實(shí)驗(yàn)我們可以確定，半徑大小對(duì)于耐熱合金刀具的使用壽命會(huì)產(chǎn)生很大的影響，具體的原因是由于半徑越大的刀具表面積也就越大，在加工過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力也會(huì)越大，切削過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)力度就越大，但正因如此他們和半徑較小其他因素相同的耐熱合金刀具相比，他們可以將接受的相同的溫度均勻分散在更大的表面積上，就導(dǎo)致整體受到的溫度就會(huì)變小，受到的壓力也會(huì)減小，當(dāng)然刀具的磨損程度也會(huì)更小，因此半徑大的耐熱合金刀具更適合大批量工業(yè)生產(chǎn)的使用。

6 全文小結(jié)

通過(guò)以上部分的介紹我們可以知道，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們可以通過(guò)提取合金等技術(shù)合成更多具有更優(yōu)質(zhì)性能的零件應(yīng)用于日常生活中的各個(gè)設(shè)備上，對(duì)于零件制作過(guò)程中必不可少的切割刀具的材料制作也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，通過(guò)研究我們可以了解到，耐熱合金刀具的普遍應(yīng)用性，對(duì)于耐熱合金刀具的材料、形狀等因素的選擇以及相應(yīng)的工藝參數(shù)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視，雖然當(dāng)前我國(guó)耐熱合金刀具在工藝參數(shù)的選擇上雖然已經(jīng)有了一定的優(yōu)質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，但是需要改進(jìn)和強(qiáng)化的地方還有很多，由于字?jǐn)?shù)限制，此處的實(shí)證分析舉例及參數(shù)選擇僅針對(duì)個(gè)別代表性的耐熱合金材料，在未來(lái)的研究中還有很多不足之處需要改進(jìn)，對(duì)于不同材料的不同性質(zhì)及同種材料生產(chǎn)加工不同種類的零件的刀具他們的制造參數(shù)都不盡相同，因此若有機(jī)會(huì)作者還會(huì)在這一領(lǐng)域上繼續(xù)進(jìn)行深入探討，并對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)的測(cè)算和改進(jìn)。