陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能及高溫力學(xué)性能優(yōu)良、化學(xué)穩(wěn)定性好、不易與金屬發(fā)生粘結(jié)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于難加工材料切削、超高速切削、高速干切削和硬切削等。陶瓷刀具的最佳切削速度比硬質(zhì)合金刀具高3～10倍，可大幅度提高切削加工生產(chǎn)率。近三十年來，由于在陶瓷刀具制造工藝中實(shí)現(xiàn)了對(duì)原料純度和晶粒尺寸的有效控制，開發(fā)了各種碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、晶須或少量金屬的添加技術(shù)，以及采用多種增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)制等，使陶瓷刀具的強(qiáng)度、韌性、抗沖擊性能等都有了較大提高。但陶瓷刀具并不是萬能的。陶瓷刀具在切削加工過程中要承受高溫、高壓作用，不可避免地要受到不同程度的磨損或破損。已有的研究表明，每一種陶瓷刀具都有其特定的加工范圍，不同的陶瓷刀具（或同種陶瓷刀具）在加工不同工件材料時(shí)其磨損形態(tài)和刀具壽命會(huì)有很大不同，因此存在陶瓷刀具與切削對(duì)象的最佳匹配問題。對(duì)于這方面的研究國(guó)內(nèi)外已有一些文獻(xiàn)報(bào)道，但因?qū)嶒?yàn)條件和研究方法各異，不同研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究結(jié)論也存在差異。

本文在作者已有的研究基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)陶瓷刀具切削加工時(shí)的磨損、潤(rùn)滑以及陶瓷刀具與加工對(duì)象的最佳匹配問題進(jìn)行了綜合評(píng)述，以期對(duì)新型陶瓷刀具材料的研制與開發(fā)、實(shí)際加工中陶瓷刀具的選用與磨損控制等起到一定的指導(dǎo)和參考作用。

2．陶瓷刀具切削加工時(shí)的磨損機(jī)理

在陶瓷刀具切削加工過程中，始終存在兩個(gè)摩擦副，即前刀面與切屑間的摩擦副和后刀面與工件間的摩擦副。其中，前者影響刀具前刀面的磨損，后者影響刀具后刀面的磨損和已加工表面質(zhì)量，前、后刀面的磨損均影響刀具壽命。陶瓷刀具主要用于高速切削場(chǎng)合，切削溫度常可高達(dá)800～1000℃（甚至更高），切削壓力也很大。因此，陶瓷刀具的磨損是機(jī)械磨損與化學(xué)磨損綜合作用的結(jié)果，其磨損機(jī)制主要包括磨料磨損、粘結(jié)磨損、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散磨損、氧化磨損等。已有的研究表明，陶瓷刀具的磨損與切削條件密切相關(guān)。不同的陶瓷刀具材料在不同切削條件下加工不同的工件材料時(shí)，占主導(dǎo)地位的磨損機(jī)制可能有所不同。如在低速切削時(shí)，由于切削溫度較低，其磨損機(jī)理往往表現(xiàn)為磨粒磨損；而在高速切削時(shí)，則以高溫引起的粘著磨損、化學(xué)反應(yīng)、氧化磨損和擴(kuò)散磨損為主。

作者的研究表明：Al2O3基陶瓷刀具在連續(xù)切削鋼件時(shí)，其磨損機(jī)理主要為伴有微崩刃的磨料磨損和粘結(jié)磨損，而在切削鑄鐵時(shí)主要為磨料磨損。Wayne和Brandt等人通過研究用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel718材料得出結(jié)論：在低速切削條件下，磨料磨損和粘結(jié)磨損為陶瓷刀具的主要磨損機(jī)制；而在高速切削條件下，粘結(jié)磨損、化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散磨損為陶瓷刀具的主要磨損機(jī)制。由于Inconel718材料高溫強(qiáng)度高，塑性變形大，加工硬化嚴(yán)重，切削力和切削溫度均很高。當(dāng)切削溫度小于900℃時(shí)，刀具前刀面以粘結(jié)磨損為主；當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，Ni就開始向刀具中心擴(kuò)散。由于Ni的擴(kuò)散，一方面使刀具材料表面硬度下降，性能降低；另一方面使刀具與工件的親和性增加，粘結(jié)磨損增大。

因此，用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel718時(shí)必須使用切削液（含氯化石蠟的切削液效果更好）。

Casto等人通過研究用Al2O3/ZrO2陶瓷刀具加工AISI1040材料得出結(jié)論：刀具的磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為粘結(jié)磨損和磨料磨損，而用Si3N4陶瓷刀具加工AISI1040鋼時(shí)，刀具表面存在嚴(yán)重的化學(xué)反應(yīng)。用Al2O3/ZrO2和Al2O3/TiCN陶瓷刀具加工AISI4337鋼時(shí)，前刀面和后刀面的磨損機(jī)理不同。化學(xué)反應(yīng)及塑性變形是前刀面磨損的主要原因，后刀面的磨損機(jī)理則是陶瓷顆粒間發(fā)生斷裂，導(dǎo)致陶瓷顆粒脫落所致。Brandt發(fā)現(xiàn)了Al2O3基陶瓷刀具切削時(shí)表層的塑性變形現(xiàn)象，并認(rèn)為這是由于Al2O3與FeO（鋼表面氧化產(chǎn)物）或MgO（陶瓷添加劑）反應(yīng)形成了尖晶石結(jié)構(gòu)，