刀具與夾具切削加工及刀具是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝，是制造業(yè)重要工業(yè)部門如汽車工業(yè)、家電制造業(yè)、航空航天、能源工業(yè)、模具工業(yè)等發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)代切削技術(shù)經(jīng)過近百年的快速發(fā)展，到20世紀(jì)末，隨著數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具材料、涂層技術(shù)等制造技術(shù)的全面進步，達到了新的水平，使切削加工進入了高速切削的新階段，其主要技術(shù)特征表現(xiàn)為切削速度有510倍的提高。高速切削技術(shù)的出現(xiàn)，對制造領(lǐng)域又提出了高要求。一是機床本身剛性、精度高，二是裝夾系統(tǒng)剛性、精度高。三是刀具的材料性能和加工精度要高。四是冷卻效果要好。隨著切削技術(shù)的發(fā)展，對刀具材料的要求在不斷提高，以高性能刀具材料取代低性能刀具材料，且應(yīng)用領(lǐng)域擴大已成為趨勢。如細顆粒硬質(zhì)合金代替高速鋼，陶瓷、金屬陶瓷等又取代硬質(zhì)合金，甚至用于流水線生產(chǎn)。PCD、CBN超硬材料的應(yīng)用范圍進一步擴大。采用涂層技術(shù)改變刀具性能的應(yīng)用越來越廣。材料行業(yè)通過新的復(fù)合材料，適應(yīng)不同的加工條件，體現(xiàn)出更好的性能。正是各種刀具材料和切削技術(shù)的全面發(fā)展，使切削加工的不同領(lǐng)域,不同工序的效率和總體切削水平有了顯著提高，開創(chuàng)了切削加工的新階段，為制造業(yè)的發(fā)展和制造技術(shù)的進步奠定了基礎(chǔ)。由于Ti(C，N)金屬陶瓷具有更高的熱硬度、更好的抗氧化性和抗高溫蠕變能力，因此被廣泛用做刀具材料。Ti(C，N)金屬陶瓷刀具材料的主要原料是鈦，鈦在地球上的貯量為傳統(tǒng)的WC基硬質(zhì)合金刀具材料的主要原料W的70倍，具有極大的成本和資源優(yōu)勢。因此，Ti(C，N)金屬陶瓷成為近期各國研究的主要刀具新材料之一?；诔歐C基硬質(zhì)合金的使用現(xiàn)狀及Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具材料的發(fā)展概況、研究進展，本文采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、電子探針(EPMA)、熱等靜壓燒結(jié)爐(HIP)、低壓燒結(jié)爐(SH)等對高性能超細Ti(C，N)金屬陶瓷刀具材料進行了系統(tǒng)研究。首先針對國內(nèi)外在研究細顆粒Ti(C，N)金屬陶瓷遇到的原料氧含量高，難以獲得優(yōu)質(zhì)細顆粒Ti(C，N)金屬陶瓷的現(xiàn)狀，分析了超細原料中氧含量高的原因。用市購平均粒度0.13m的TiC_(0.7)N_(0.3)粉末，通過H_2還原爐處理或真空爐處理，獲得了平均粒度小于0.2m、氧含量低于0.3wt的優(yōu)質(zhì)超細TiCa.No.3原料。在普通金屬陶瓷的工藝的基礎(chǔ)上，進一步研究了MoZC,WC,TaC等添加成分對TiCa_No.3超細合金性能的影響。針對超細原料比表面積大、活性高、易于團聚等特點，優(yōu)化了制備超細金屬陶瓷混合料的球磨工藝參數(shù)；采用合適的分散劑改善料漿的粘滯性，使超細顆粒表面為活性分子層包圍，獲得好的研磨效果。研究表明，超細金屬陶瓷在9000C以下的低溫狀態(tài)發(fā)生了較普通金屬陶瓷激烈得多的固相擴散反應(yīng)，這是使超細金屬陶瓷芯、環(huán)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜的原因之一；在9000C-12300C之間的反應(yīng)較平緩，但從晶格常數(shù)的變化看，其反應(yīng)的程度卻比普通金屬陶瓷的高；在12300C以后，反應(yīng)又開始激烈，并出現(xiàn)了脫氮反應(yīng)。與不加粘結(jié)相的超細混合料的對比研究發(fā)現(xiàn)，在較高溫度時粘結(jié)相對物相的演變起了重要作用，這些研究結(jié)果為制定有效的燒結(jié)工藝提供了依據(jù)。根據(jù)超細金屬陶瓷物相的演變規(guī)律，修改了常規(guī)燒結(jié)普通金屬陶瓷的工藝路線。由于超細金屬陶瓷液相的提前出現(xiàn)，必須在較低的溫度下延長燒結(jié)時間以脫除有害的吸附物和低熔點揮發(fā)物。在未發(fā)生脫氮反應(yīng)之前，采取充氮氣的辦法進行燒結(jié)。由于金屬陶瓷中液相的流動變得困難，必須采取加壓燒結(jié)，以消除孔隙，提高超細金屬陶瓷的性能。對超細金屬陶瓷的斷口進行了分析。統(tǒng)計分析表明，超細金屬陶瓷的斷裂源主要為孔隙，同時還有少量的Ni池等。應(yīng)用鈴木壽的強度理論，計算出超細金屬陶瓷的本征強度為5000MPa，比實測值高得多。分析表明，主要是孔隙等缺陷造成了強度下降，并指出，降低孔隙、Ni池等缺陷將有利于金屬陶瓷強度的提高。用高分辨率透射電鏡分析了超細金屬陶瓷和普通金屬陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)。兩種金屬陶瓷的組成相是一樣的，主要由(Ti,Mo,Ta,W)(C,N)固溶體和Co(Ni)固溶體構(gòu)成，(Ti,Mo,Ta,W)(C,N)固溶體是硬質(zhì)相，Co(Ni)固溶體是粘結(jié)相。Co(Ni)粘結(jié)相中有納米硬質(zhì)相析出。超細金屬陶瓷的硬質(zhì)相中有位錯也有孿晶，最后，將制得的超細金屬陶瓷刀具同市售的普通金屬陶瓷、日本超細金屬陶瓷及WC基硬質(zhì)合金P10作了對比切削試驗。結(jié)果表明，超細NT6B金屬陶瓷的切削壽命最長，其壽命超過了日本NX2525，是普通市售金屬陶瓷壽命和WC基硬質(zhì)合的2-3倍。刀具的切削力最小，被加工材料的表面光潔度最高。ToolAndFirtureCuttingoperationandcuttingtoolsisboththebasisofmanufacturingindustryandthecriticaltechniquethatinfluencesthedevelopmentoftheimportantfieldsofmanufacturingindustrysuchasautomobiles,householdappliances,aerospace,energyanddie-making.Afteraround100yearsrapiddevelopmentwiththeadvancementinCNCmachine.CNCsystem,toolmaterialsandcoatingtechnology,etc.,moderncuttingtechniqueshasenteredintoanewstageofhigh-speedcuttingwhichischaracterizedby510timesincreaseofcuttingspeed.Withtheintroductionofhigh-speedcutting,thehigherrequirementsformanufacturingindustryispresented.Firstishighrigidityandaccuracyofthemachineitself；Secondthehighrigidityandaccuracyoftheclampingsystem；Thirdthegoodpropertiesoftoolmaterialsandhighmachiningaccuracy；andthelast,goodcoolingeffect.Withthedevelopmentofcuttingtechnique,therequirementsfortoolmaterialisincreasing.Thetraditionaltendstobereplacedbymaterialbymaterialwithbetterperformaceandtobewidelyused.Forexample,high-speedsteelistobereplacedbyfine-graincementedcarbide,cementedcarbidetobereplacedbyceramic.Thisispracticalevenformassproduction.TheapplicationofPCD,CBEsuper-hardiscontinouslyincreased.Coatingtechnologyiswidelyusedtoimprovetheperformanceoftools.Inmaterialindustrynewcompositematerialisappliedrelativetodifferentcuttingoperationstogetbetterperformance.Thankstothedevelopmentinbothtoolmaterialandcuttingtechnology,theefficiencyofdifferentfieldsoscuttingoperationanddifferentworkingprocedureofcuttingoperationandthegeneralcuttingtechnologyaswellaresubstantiallyimproved；thecuttingoperationhasenteredintoanewstage；asolidfoundationhasbeenlaidforthedevelopmentasmanufacturingindustryandmanufacturingtechnique.Solidcementedcarbidehigh-accuracysurfacebroachingtoolisdevelopedformachiningthegroovesonthevanesofair-condetionercompressorinthisstudy,whichrepresentingthedevelopingorientationofcurrenttoolmaterialsandtools.Ti(C,N)-basedcermetshavebeenwidelyusedasthetoolmaterialsbecauseofitshigherredhardness,betterresistancetooxidation,andbetterresistancetocreepathightemperature.ThekeyalloyingelementusedinTi(C,N)-basedcermetstoolmaterialsistitaniumthathasabout70timesstorageintheearththantungsten,henceTi(C,N)-basedcermetsshowgreatadvantageincostandresourcesmorethanthatofthetraditionalWC-basedcementedcarbideandbecomeoneofthenewandmaintoolmaterialswhichhavebeingdevelopedintheglobe.Basedonareviewoftheultra-fineVtC-basedcementedcarbidebeingusedincuttingtoolmaterials,anddevelopmentandprogressofTi(C,N)-basedcermetstoolmaterials,ahigh-performanceultra-fineTi(C,N)-basedcementedcarbidehasbeenstudiedsystematicallyinthisdissertationusingallkindsofapparatussuchasX-raydiffractometer(XRD),scanningelectronmicroscope(SEM),transmissionelectronmicroscope(TEM),electronprobe(EPMA),hotisostaticpressmachine(HIP),low-pressuresinteringmachine(SH),etc.Atfirst,thereasonwhyoxygencontentishighinrawmaterialhasbeendeeplyanalyzedinordertosurmountthecruxthathigh-performancecermetscontainingultra-fineparticlesTi(C,N)ishardtoobtainduetothehighcontentofoxygeninrawmaterials,thenahigh-performancerawTi(C,N)powderwhichaveragesizeofparticleTiCo.7N0.3islessthan0.2umandoxygencontentislowerthan0.3wt%hasbeenpreparedadoptingtheconventionalTiCo.7powderwhichaveragesizeis0.13),mbymeansofatreatmentinvacuumfurnaceorinhydrogen-deoxidizationfurnace.Onthebasisofcommonproductionprocessofcermet,theeffectofadditionsuchasMoZC,WC,TaConthepropertiesoftheultra-finecermethasbeenfurtherinvestigated.Consideringthattheultra-fineparticlefeatureshighspecificsurface,highactivityandbeingeasytopileup,thetechnologyofwetballmillingfortheultra-finepowderhasbeenoptimizedandacertaindispersantisadoptedtoimprovethestickinessoftheslurrysothattheultra-finegrainscanbecoveredbyalayerofactivematerial,thusleadingtoexcellentmillingbehavior.Theresultsinvestigatedindicatethattheultra-finecermetwouldhavemuchmoreabilitytooccu