淺談耐熱合金刀具的選擇與工藝參數

郭聿荃

（長春市機械工業學校，吉林 長春 130000）

1 耐熱合金材料及其優點

耐熱合金是指可以在超高溫環境下不改變金屬材料本身的各種性質，依然可以按照本身的原有形狀、耐磨性等特征進行精細材料的制作任務，一般來說，耐熱合金依據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的耐溫性和抗壓性，可以適應很多情況下普通金屬無法適應的特殊要求[1]。

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

2 耐熱合金刀具材料的選擇

根據以上對于耐熱合金材料及刀具制造材料的介紹，作者在這里對幾種選定的材料進行了一系列的測試研究，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。針對以上選擇的耐熱合金材料，我們進行了不同溫度等級的加溫測試，分別記錄下各種溫度狀態下各個合金材料的物理狀態以及是否產生不穩定的化學反應，以此來測試不同合金屬性對于溫度的反映。

測試結果反映在這三種測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，而對于高溫合金來說，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性等等因素都會影響高溫合金最終成品刀具的切削能力，因此對于這一部分內容進行研究討論時我們要確保綜合多個角度的因素進行分析。

結合其他國家已有的先進經驗，最終對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行了排序，分別是純陶瓷材質、金屬陶瓷、涂層合金、無涂層合金。

一般來說，陶瓷材質的刀具由于不導電布傳熱的特性使得他們在耐熱性和抗壓性上都遠高于合金材質，而且在進行切削過程中摩擦損耗很低，可以使得刀具獲得最大程度上的長期使用，而對于其他高溫金屬合金來說，他們的金屬物質不像其他稀有元素一樣不易與其他物質產生氧化還原反應，所以在高溫合金刀具表面加上一層具有一定硬度的保護涂層，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產生氧化反應，以達到保持金屬原有的物理與化學特性的目的；而對于那些沒有涂層的高溫合金刀具來說，他們在沒有達到臨界溫度的情況下是可以長期使用的，但是相應的他們的磨損速度也要相應的比前者高很多。因此陶瓷材質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

一般來說，耐熱合金刀具可以有多種形狀來進行選擇，通常我們切割物體用的刀片都可以設計成不同的形狀，三角形、正方形、圓形、不規則多邊形，但這都要去覺得道具的用途以及切割的物品，多數刀具會設置成圓形，在高速轉動過程中其切割的力度隨轉動速率的變化而變化，但是不同大小的圓形刀具在每次的工作過程中切割效果、磨損程度都很不相同，對于不同材質來說，適合他們的刀具形狀也均不相同，要根據材料的物理性質、化學性質以及特定切割的材料的相對應性質來綜合考慮確定，根據相應的實驗過程，我們最終發現，無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，這種形態下刀具的表面利用率發揮到最大，同樣的力作用到刀具上時，這種形狀的刀具發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，摩擦力等各項因素經過研究在此種形狀的道具上產生的磨損也是最小的。

4 耐熱合金刀具的工藝參數

大量的國內外關于耐熱合金刀具工藝參數研究的論文和相關文獻，發現了很多由相關經驗最終改進進化而成的工藝參數，包括刀具上的齒輪數量，每個齒輪的凹進程度、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、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照組數據，以此來驗證最佳的耐熱合金刀具的工藝參數。

選擇了一系列其他因素均相同只有一組對比不同的刀具，包括化學和物理兩種涂層的方式對相同材料的涂層刀具進行了加工處理、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目不同的刀具、齒輪數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，通過這些不同對照參考的刀具作者進行了逐一的對比實驗，由于對照組數量以及實驗項目過多，作者在這里就不進行詳細的一一列舉，直接列出實驗以后得到的最終結果：

表1 耐熱合金刀具的工藝參數對照實驗結果

經過上述表格已經詳細的展現出本次研究的測試結果，其中有一點需要進行補充說明，即針對涂層材料的選擇，由以上的對比分析實驗我們可以知道，化學和物理方法處理的涂層都會對刀具產生切削力，相比之下物理方法處理的刀具產生的切削力要小于化學處理方法下的刀具，但是化學處理方式的刀具完成的零件有更加光滑平整的表面，因此為了產品的美觀度和實用性，我們最終選擇了化學處理方法的涂層刀具。

5 耐熱合金刀具效果的實證對比

經由上文的分析我們可以知道，中對于耐熱合金刀具的選擇和參數中首選的是半徑大的陶瓷刀具，為了驗證我們的觀點，我們選取了幾組不同材質和形狀的耐熱合金刀具作為實驗對照組，通過不同溫度和受力以及實際切割應用零件的實驗來驗證我們的結論。

表2 耐熱合金刀具效果的實證對比

通過以上的實證實驗我們可以確定，半徑大小對于耐熱合金刀具的使用壽命會產生很大的影響，具體的原因是由于半徑越大的刀具表面積也就越大，在加工過程中產生的摩擦力也會越大，切削過程中產生的震動力度就越大，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，就導致整體受到的溫度就會變小，受到的壓力也會減小，當然刀具的磨損程度也會更小，因此半徑大的耐熱合金刀具更適合大批量工業生產的使用。

6 全文小結

通過以上部分的介紹我們可以知道，隨著工業技術的不斷發展，我們可以通過提取合金等技術合成更多具有更優質性能的零件應用于日常生活中的各個設備上，對于零件制作過程中必不可少的切割刀具的材料制作也越來越受到人們的關注，通過研究我們可以了解到，耐熱合金刀具的普遍應用性，對于耐熱合金刀具的材料、形狀等因素的選擇以及相應的工藝參數也越來越受到人們的關注與重視，雖然當前我國耐熱合金刀具在工藝參數的選擇上雖然已經有了一定的優質經驗，但是需要改進和強化的地方還有很多，由于字數限制，此處的實證分析舉例及參數選擇僅針對個別代表性的耐熱合金材料，在未來的研究中還有很多不足之處需要改進，對于不同材料的不同性質及同種材料生產加工不同種類的零件的刀具他們的制造參數都不盡相同，因此若有機會作者還會在這一領域上繼續進行深入探討，并對相應的數據進行精細的測算和改進。