2－1，1－300，300－0.3，0.5－172，16－磨损，磨损
    3－1，2－200，200－0.3，0.3－410，367－磨损，磨损

    表 3 两种刀片切削 45 钢的试验结果
    刀片材料－ap(mm)－vc(m/min)－f(mm/r)－t(min)－失效形式
    纳米改性金属陶瓷－1，1－200，200－0.1，0.3－452，310－磨损，磨损
    普通金属陶瓷－1，1－200，200－0.1，0.1－185，30－磨损，磨损

    3.试验结果分析

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    （1）经纳米 TiN 改性的 TiC 基金属陶瓷刀具切削 40Cr 和 45 钢时，刀片主要以磨损形
式失效，因此刀具使用寿命较长。此外，该刀具可采用较高切削速度，且加工表面质量较
好。普通金属陶瓷刀具在干磨损条件下的磨损过程主要为粘结磨损和硬质相剥落。纳米改
性金属陶瓷刀具的磨损过程虽与普通金属陶瓷刀具基本一致，但其高温强度和硬度较高 ，
与钢的摩擦系数较小，因此切削温度相对较低，从而减缓了刀具磨损速度，提高了耐用
度。此外，纳米改性金属陶瓷刀具的抗氧化性能好，刀具边界磨损小，因此加工表面质量
较好。

（2）随着切削速度和进给量的增大，刀具磨损速度加快，使用寿命下降。切削深度对刀
具寿命的影响相对较小，这主要因为加工时切削力所做的功只有一小部分作为变形能储
存在工件和切屑中，其余大部分做功均转化为切削热。随着切削速度的提高，刀具与工件
接触面的切削温度也随之升高，这一方面会降低刀具材料的表面硬度和耐磨性能，另一
方面会增加刀具材料与工件材料的亲和性，从而加剧刀具的粘结磨损，降低刀具耐用度
及加工质量。此外，随着进给量的增大，刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦阻力增大，

“

”

也会加剧刀具磨损，甚至引发 微崩 现象，使刀具迅速失效。

    （3）与普通 TiC 基金属陶瓷刀具相比，纳米 TiN 改性 TiC 基金属陶瓷刀具的抗崩刃性、
耐磨性和使用寿命均有较大幅度提高。对比切削正火态 45 钢时的刀具磨损曲线,可发现两
种金属陶瓷刀具均经历了磨合→稳定磨损→剧烈磨损三个阶段，最终以磨损形式失效，
但改性金属陶瓷刀具的磨损速度明显低于普通金属陶瓷刀具。究其原因，在切削中碳钢时，
刀具磨损形式以前刀面粘结磨损和后刀面摩擦磨损为主。当切削速度较高时，还可能产生
扩散磨损和氧化磨损，虽然在刀具总磨损量中所占比例不大，但会加剧刀具的粘结磨损。
后刀面磨损与刀具材料的硬度和高温硬度直接相关；前刀面磨损速度则与刀具材料的硬
度、高温化学稳定性以及材料间的扩散性等有着密切关系。当在 TiC 基金属陶瓷中加入 TiN
纳米粉后，在致密化烧结时，由于纳米粒子颗粒细小，比表面大，扩散速度快，从而可
增大烧结驱动力，加快材料的致密化速度，提高致密度，从而显著提高和改善材料的机
械力学性能。此时，虽然金属陶瓷组织仍由陶瓷相和硬质相组成，但 TiN 纳米粒子在晶界
上的分布阻止了晶粒长大，起到了细化组织的作用。同时，加入纳米 TiN 后还可降低烧结
温度，抑制 Mo 向硬质相的扩散，起到细化晶粒的效果。另外，纳米粒子在高温时可牵制
位错运动，改善金属陶瓷的高温力学性能。因此，加入 TiN 纳米粉的 TiC 基金属陶瓷刀具
在强度、硬度、化学稳定性、抗磨损能力等综合性能上均优于普通 TiC 基金属陶瓷刀具。

    4.结论

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