浅谈耐热合金刀具的选择与工艺参数

郭聿荃

（长春市机械工业学校，吉林 长春 130000）

1 耐热合金材料及其优点

耐热合金是指可以在超高温环境下不改变金属材料本身的各种性质，依然可以按照本身的原有形状、耐磨性等特征进行精细材料的制作任务，一般来说，耐热合金依据不同的耐热性能大体被分为两类制造原材料，以780摄氏度的温度作为分界线，不能承受此温度的为铁基类材料，可以承受这种温度的为镍基类材料，这一类的合金都有很强的耐温性和抗压性，可以适应很多情况下普通金属无法适应的特殊要求[1]。

一般来说，多数坚硬度大的金属物体的切割都是在超高温状态下进行的，因此对他们进行切割的刀具的材料必须要比他们更加耐热和坚硬才行，这就要求对于耐热合金刀具的选择及其工艺参数有很高的精确度和了解度[2]。

2 耐热合金刀具材料的选择

根据以上对于耐热合金材料及刀具制造材料的介绍，作者在这里对几种选定的材料进行了一系列的测试研究，我们选取的材料主要包括钴基金属、镍基高温合金、铁基高温合金。针对以上选择的耐热合金材料，我们进行了不同温度等级的加温测试，分别记录下各种温度状态下各个合金材料的物理状态以及是否产生不稳定的化学反应，以此来测试不同合金属性对于温度的反映。

测试结果反映在这三种测试合金中耐氧化性能最好的是镍基高温合金，最差的是铁基合金，而钴基高温合金是最适宜切削步骤的，而对于高温合金来说，切削性能与金属的耐热性、元素的纯度、加工成品刀具的粘结性等等因素都会影响高温合金最终成品刀具的切削能力，因此对于这一部分内容进行研究讨论时我们要确保综合多个角度的因素进行分析。

结合其他国家已有的先进经验，最终对于耐热合金刀具材料的选择我们将不同材料的重要性程度进行了排序，分别是纯陶瓷材质、金属陶瓷、涂层合金、无涂层合金。

一般来说，陶瓷材质的刀具由于不导电布传热的特性使得他们在耐热性和抗压性上都远高于合金材质，而且在进行切削过程中摩擦损耗很低，可以使得刀具获得最大程度上的长期使用，而对于其他高温金属合金来说，他们的金属物质不像其他稀有元素一样不易与其他物质产生氧化还原反应，所以在高温合金刀具表面加上一层具有一定硬度的保护涂层，不仅可以帮助刀具不受高温和磨损的侵蚀，还可以避免其与其他物质产生氧化反应，以达到保持金属原有的物理与化学特性的目的；而对于那些没有涂层的高温合金刀具来说，他们在没有达到临界温度的情况下是可以长期使用的，但是相应的他们的磨损速度也要相应的比前者高很多。因此陶瓷材质的耐热合金刀具成为我们的首选。

3 耐热合金刀具形状的选择

一般来说，耐热合金刀具可以有多种形状来进行选择，通常我们切割物体用的刀片都可以设计成不同的形状，三角形、正方形、圆形、不规则多边形，但这都要去觉得道具的用途以及切割的物品，多数刀具会设置成圆形，在高速转动过程中其切割的力度随转动速率的变化而变化，但是不同大小的圆形刀具在每次的工作过程中切割效果、磨损程度都很不相同，对于不同材质来说，适合他们的刀具形状也均不相同，要根据材料的物理性质、化学性质以及特定切割的材料的相对应性质来综合考虑确定，根据相应的实验过程，我们最终发现，无论哪种材料制成的高温耐热刀具，最好的刀具形状都是半径较大的，这种形态下刀具的表面利用率发挥到最大，同样的力作用到刀具上时，这种形状的刀具发挥的力的作用最大也最均匀，承受的温度也可以均匀的分散，摩擦力等各项因素经过研究在此种形状的道具上产生的磨损也是最小的。

4 耐热合金刀具的工艺参数

大量的国内外关于耐热合金刀具工艺参数研究的论文和相关文献，发现了很多由相关经验最终改进进化而成的工艺参数，包括刀具上的齿轮数量，每个齿轮的凹进程度、不同材料的刀具能承受的临界不同温度、不同材料刀具切割物品的有效使用次数、刀具涂层所使用的材料、涂层的厚度、刀具的厚度、半径大小等等信息，在这里选取了一些对照组数据，以此来验证最佳的耐热合金刀具的工艺参数。

选择了一系列其他因素均相同只有一组对比不同的刀具，包括化学和物理两种涂层的方式对相同材料的涂层刀具进行了加工处理、涂层材料分别为软层和硬层两种刀具、半径小和半径大的两种相同形状的刀具、相同半径大小但中央齿轮数目不同的刀具、齿轮数目等均同但是深度尺寸不同的刀具、三种不同温度下其他因素相同的两组刀具等等，通过这些不同对照参考的刀具作者进行了逐一的对比实验，由于对照组数量以及实验项目过多，作者在这里就不进行详细的一一列举，直接列出实验以后得到的最终结果：

表1 耐热合金刀具的工艺参数对照实验结果

经过上述表格已经详细的展现出本次研究的测试结果，其中有一点需要进行补充说明，即针对涂层材料的选择，由以上的对比分析实验我们可以知道，化学和物理方法处理的涂层都会对刀具产生切削力，相比之下物理方法处理的刀具产生的切削力要小于化学处理方法下的刀具，但是化学处理方式的刀具完成的零件有更加光滑平整的表面，因此为了产品的美观度和实用性，我们最终选择了化学处理方法的涂层刀具。

5 耐热合金刀具效果的实证对比

经由上文的分析我们可以知道，中对于耐热合金刀具的选择和参数中首选的是半径大的陶瓷刀具，为了验证我们的观点，我们选取了几组不同材质和形状的耐热合金刀具作为实验对照组，通过不同温度和受力以及实际切割应用零件的实验来验证我们的结论。

表2 耐热合金刀具效果的实证对比

通过以上的实证实验我们可以确定，半径大小对于耐热合金刀具的使用寿命会产生很大的影响，具体的原因是由于半径越大的刀具表面积也就越大，在加工过程中产生的摩擦力也会越大，切削过程中产生的震动力度就越大，但正因如此他们和半径较小其他因素相同的耐热合金刀具相比，他们可以将接受的相同的温度均匀分散在更大的表面积上，就导致整体受到的温度就会变小，受到的压力也会减小，当然刀具的磨损程度也会更小，因此半径大的耐热合金刀具更适合大批量工业生产的使用。

6 全文小结

通过以上部分的介绍我们可以知道，随着工业技术的不断发展，我们可以通过提取合金等技术合成更多具有更优质性能的零件应用于日常生活中的各个设备上，对于零件制作过程中必不可少的切割刀具的材料制作也越来越受到人们的关注，通过研究我们可以了解到，耐热合金刀具的普遍应用性，对于耐热合金刀具的材料、形状等因素的选择以及相应的工艺参数也越来越受到人们的关注与重视，虽然当前我国耐热合金刀具在工艺参数的选择上虽然已经有了一定的优质经验，但是需要改进和强化的地方还有很多，由于字数限制，此处的实证分析举例及参数选择仅针对个别代表性的耐热合金材料，在未来的研究中还有很多不足之处需要改进，对于不同材料的不同性质及同种材料生产加工不同种类的零件的刀具他们的制造参数都不尽相同，因此若有机会作者还会在这一领域上继续进行深入探讨，并对相应的数据进行精细的测算和改进。