金屬陶瓷的成分為何必須如此復雜，具有那么多種組成元素？原因非常明顯，是由于過去應用試湊法尋求具體的應用解決方案，而不是依據(jù)有效的科學原理。山特維克可樂滿在2O世紀80年代中就決定開始分析金屬陶瓷中各種成分所起的作用，之后對各種成分進行組合，研制新牌號金屬陶瓷材料。與此同時，在制造工藝開發(fā)方面，也投入了大量的人力、物力與財力。因此，該公司在各成分功能與刀具材料的工藝研究方面具有極深的造詣。
早期金屬陶瓷的成分通常包含諸如Ti、Ta、V、Nb、Mo、W、C、N、Ni與Lo等元素，這些金屬陶瓷通常是特殊解決方案。在此方案中，總是同時對材料與工藝兩個方面進行綜合研究，直到二者組合達到符合要求的程度時為主。我們的最新一代牌號金屬陶瓷，主要成分為Ti、W、C、N與Lo等，研制中沒有采用傳統(tǒng)的解決方法，而是對需要的金屬成分種類、成分含量以及最重要的工藝編制等方面進行綜合研究的基礎上研制出的。
掌握燒結工藝是制造硬質(zhì)合金的基本條件，據(jù)此，我們制定出正確方向，投入了大量的人力、物力與財力，對硬質(zhì)合金進行定義與控制——力求完全分析透徹，不允許存在任何的疏漏之處。在研制金屬陶瓷的同時，山特維克公司的研究與外發(fā)部門研制出適用于鋼材機加工的GC4000牌號碳化鎢/鈷硬質(zhì)合金。燒結工藝也是研制成功的基本因素。兩種硬質(zhì)含金材料在材料、工藝與性質(zhì)方面已逐漸相互接近。這種產(chǎn)品實現(xiàn)了二者的完美結合。
最新成果
盡管表面上看起來金屬陶瓷的成分要比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金更為復雜，但是它作為一種刀具材料，具有特定的性能，在用于精加工時具有許多優(yōu)點。其一是好切削刃均勻磨損時，切削刃有再磨銳效應；其二是化學性能穩(wěn)定性；另外，刀片上無浸潤效應與刀具其他部分材料向切削轉移可以忽略入計。最近進行的一項研究的最直接成果是采用了最新一代牌號的金屬陶瓷牌號。在這種材料中，Co用作金屬粘貼物，取代了Ni與Co混合物。除了無污染外，還具有許多從傳統(tǒng)硬質(zhì)合金上借鑒來的優(yōu)點。
這種新研制出的牌號主要在下列方面有了較大的改進：
更高的加工安全性
應用領域更廣闊
保持表面光潔度與精度的能力更強。
間歇加工能力加強
這種材料的性能得到提高，主要是通過改善下列方面實現(xiàn)的：抗塑性變形與韌性之間的平衡；更精細更耐久的切削刃線；抗熱脹冷縮破裂性能等。在過上，金屬陶瓷給人們的印象不好，主要是由于在機加工過程易突然斷裂，但是，現(xiàn)在通過提高韌性可以盡量減少這種危險，提高了安全性。過去為解決這個問題，一些供應商研制出耐磨性極強但韌性較差的牌號和韌性極好但性能較差的牌號。介于這兩種材料之間的牌號即使有也不多。這些都不是能夠真正解決問題的現(xiàn)代最佳解決方案。
許多精加中中僅包含連續(xù)切削，可以使用金屬陶瓷刀具。但是，實踐中許多類型的精加工中都包含間歇切削。對于金屬陶燒來說，該領域也不再是一個真中地帶。事實上，金屬陶瓷也經(jīng)常被視為是解決這些問題的一種方法。GC1525是一種經(jīng)過PVD涂層的牌號，之所以涂層，是因為PVD涂層的研制成功對于金屬陶瓷的推廣應用具有極大的推動作用。
為什么會產(chǎn)生涂層金屬陶瓷牌號？
由于通過涂層，可以增強對片的耐磨性與抗塑性變形能力，因此使制造出韌性較好的金屬陶瓷成為一種可能。通過增加涂層，可以制造出切削速度高于160Sfm的韌性較好的現(xiàn)代金屬陶瓷刀片。而且，從材料學角度分析，刀片基體與涂層材料能夠結合是一種非常理想的方式。但是，為保證加工出最佳的、極高的表面質(zhì)量，非涂層切削刃仍是一種最佳選擇。
在金屬陶瓷與碳化鎢硬質(zhì)合金牌號之間進行選擇仍是最主要的并且有時會存在一定的特有矛盾類型(沖突特征化)的問題——金屬陶瓷仍然是較適合進行精加工的刀片材料，尤其適用于可以充分發(fā)揮其保持極小尺寸與最佳表面質(zhì)量方面的應用環(huán)境中。上述兩個條件仍然是選擇兩種刀具材料所考慮的關鍵因素。
注意負載因素
盡管現(xiàn)在金屬陶瓷的應用領域已相當廣泛，并已使用的安全性也較高，但是切削對負載仍然是一個存在疑惑的問題。特別是與切削深度數(shù)倍于進給率，產(chǎn)生的負載較大時，應特別注意。在這種情況下，切屑截面積大小是決定是否選擇金屬陶瓷刀片的主要因素。
對于切削深度小的加工，負載出現(xiàn)問題的可能性更大，也可以應用較高的進給率，保持較高的生產(chǎn)率。工件材料不同，產(chǎn)生的負載也有所不同，低碳鋼與高合金鋼之間的差別相當大。當用于加工較軟的、長切屑與易變形的鋼材時，金屬陶瓷刀片性能表現(xiàn)最好。但是，金屬陶瓷也可以應用于加工鑄鐵與不銹鋼。加工復合型工件時，金屬陶瓷刀片已經(jīng)過實踐證明，具有多種優(yōu)點。復合型工件是指軟鋼焊接到不銹鋼上需要進行車削的工件。
在間歇加工與包含仿形切削的加工類型中，切削深度較大，通過減小進給率對以很好地完成加工。使用金屬陶瓷刀片精加工之前在粗加工時就要考慮到精加工，例如，留下較少量的加工余量，從而限制精加工的切削深度，這樣可以以提高加工質(zhì)量。
刀片槽形對于刀具材料發(fā)揮正常功能具有重要的作用，同時對于機加工的安全性與刀具的使用壽命也具有重要影響。刀片槽形的不同，其強度也大為不同，同一種牌號材料，一種槽形與另一種槽形的變化引起性能差異要大于同一種槽形時牌號變化引起的性能差異。目前，金屬陶瓷刀片大多數(shù)都是正前角，強度較小。
目前對于修光刃槽型刀片的安全性與生產(chǎn)率進行了專門的研究開發(fā)。對于這種型號的刀片，刀尖半徑經(jīng)過修正，切削刀強度相對較大，使用時能夠大大增加進給率，也可以提高表面質(zhì)量。從而，實現(xiàn)了不同金屬陶瓷牌號之間的完美結合。
現(xiàn)代金屬陶瓷刀片應用方法要點
金屬陶瓷是一種適用于精加工的刀具材料，其中尺寸精度與表面粗糙度保持穩(wěn)定是主要要求條件。
金屬陶瓷主要應用于諸如低碳鋼等軟鋼加工，長比屑，而已趨于研制組合刀刃用來加工鑄鐵與不銹鋼。
切屑負載是金屬陶瓷刀片應用的一種限制因素，表現(xiàn)為工件的切削深度與進給率之間的關系。
為獲得最佳的生產(chǎn)率與安全性，進給率應盡可能加大，切削深度應盡可能最小。
進行粗加工或半精加工時，留下最小的切削余量，為精加工作準備。
選擇適當?shù)膹姸茸畲蟮牡镀�，不會產(chǎn)生振動，而且刀片形狀、刀尖半徑與糟形都要適當。
考慮把金屬陶瓷刀片應用于包含間歇切削的加廠類型。目前的應用領域已相當廣泛。
修光刀刀片應當始終看作是用于精加工的刀片類型。在使用這種刀片進行加工時，進給率可以加倍，仍然可以得到同樣的表面質(zhì)量。同時對于長切屑材料，這種對片強度較大而且斷屑性能良好。
金屬陶瓷的使用歷史
金屬陶瓷長期以來給人們的印象是容易造成突發(fā)、不可預測的刀片故障，正因為如此，推廣應用一直不太順利。供應商的廣告宣傳經(jīng)常是前后矛盾，一部分說明只能適用于精車削加工，另一部分又說明用途廣泛，可以適用半精加工。而且，金屬陶瓷刀具廣泛應用于銑削加工——較為成功地適用于硬質(zhì)工件材料加工。這樣看來，各種全屬陶瓷刀具應用的加工領域的劃分沒有明確的界限。
造成這種概念性模糊的一個直接性原因就是金屬陶瓷在刀具材料行業(yè)中應用的迅猛發(fā)展。金屬陶瓷的產(chǎn)生歷史幾乎與碳化鎢/鈷硬質(zhì)合金一樣長久。它是一種含鈦的硬質(zhì)合金。20世紀30年代中，研制出的第一種金屬陶瓷(Ti/Ni）具有易脆性，抗塑性變形能力卻極差。在40年代與50年代中，WC/Co硬質(zhì)合金得到充分發(fā)展，在性能改進方面邁進了一大步。在試湊法中加入其他元素成分，同時通過改進燒結工藝，硬質(zhì)合金的性能改善明顯。
日本在70年代較早地使用金屬陶瓷，并開始進行大規(guī)模的應用開發(fā)，包括在其中加入更多種數(shù)量的硬質(zhì)元素成分。金屬陶瓷迅速發(fā)展，銷售量約占整個日本硬金屬的1/3，主要原因包括機械加工清潔方法的發(fā)展，采用較小的切削參數(shù)，選擇合適的刀具路徑，以及使用更容易獲取的原材料(鈦與鎳)替代傳統(tǒng)的原材料成分(鎢與鈷)，甚至加入增強金屬陶瓷其他性能的成分，改善了刀片抗塑性變形的能力。
80年代中，日本作為金屬陶瓷制造的火車頭，對其他國家的制造業(yè)產(chǎn)生了深刻的影響。眾多制造商開始研究金屬陶瓷牌號的更廣泛用途可能是取得市場先機的因素之一。金屬陶瓷增長與開發(fā)的需求推動了許多新型的具有較小晶粒的更加可靠的材料牌號的產(chǎn)生。90年代，金屬成分更加復雜，加入成分量更大，從而研制出平衡性更好的耐磨刀具。
過去10年的發(fā)展主要包括材料成分與工藝技術兩個方面，直接結果是諸如CT5015與涂層GC1525等新牌號材料的韌性大大增強。韌性是金屬陶瓷推廣應用的最主要的障礙，自從第一個刀片產(chǎn)生以后，人們就一直致力于韌性的提高。目前，加工包含間歇加工，要求生產(chǎn)安全性更高，隨著工件材料與機床刀具技術的改進，對于精車削的要求也隨之提高。正是在起種環(huán)境下，金屬陶瓷牌號的種類越來越多。
