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硬质合金刀具材料的发展

时间:2015-07-15 21:25:37来源:本站人气:617

     硬质合金现已成为金属切削加工工业广泛采用的一种高效能刀具材料,所以国内外除了对其它新型材料(如氧化铝矿物陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼等)进行研制之外,仍然广泛应用与大力研究和改进硬质合金刀具材料。近几年来,对硬质合金进行研制和改进的重点是解决硬质合金刀具材料硬度和韧性间的矛盾问题,发展既具有很高耐磨性,又具有足够韧性和强度的硬质合金材料。目前国内外采取在现有硬质合金中添加新的碳化物、细化晶粒和改进制造工艺方法以及发展涂层刀片等办法,以提高和改进硬质合金的性能。其发展情况简述如下:
    
     1.添加新的碳化物
     在现有硬质合金中加入新的难熔金属碳化物是提高材料强度最有效办法之一。已采用了添加钽、铌、钼、钒、钍、铬、铈、铪等单元和多元碳化物,用钴、镍、钼、铁、铬等作胶合剂制成的刀片。效果较好的是加入碳化钽和碳化铌。在合金中加入碳化钽后可提高合金的高温抗氧化性、耐热性和耐磨性。尤其是在钨钛钴合金中添加一定数量的碳化钽,不仅能提高合金常温时的强度,而且更能提高其在高温时的抗弯强度和抗热振性能,减少对热裂纹的敏感性,提高合金和钢的粘结温度,能降低碳元素由合金向钢中的扩散作用,从而降低刀具的扩散磨损,提高其耐用度。这些合金适用于大锻、铸件的粗加工和奥氏体钢和耐热合金的车、刨及铣削加工。我国的YW类合金属于这种类型。

     2.细化晶粒
     许多研究结果表明,同一种成分的硬质合金,由于碳化物的晶粒度不同,合金性能有很大的区别。因此,国际上自六十年代以来发展了一系列的超细粉末硬质合金,其硬度为HRA90~93,强度和韧性与高速钢相近(如抗弯强度达200~380公斤/毫米2)。由于这种合金既有高的硬度,又有高的强度,因此,制成的刀具刃口锋利,耐磨性好,切削性能比高速钢高8~100倍。特别对低速切削、断续切削适应性强,可以在高速钢刀具磨损太快而一般硬质合金又易崩刃的情况下使用,能加工高温、高强度材料。它使硬质合金的切削速度延伸到低速切削范围内。在切削速度上,填补了高速钢与硬质合金之间的空白。我国六。一厂研究的YG10M合金等属于这种类型。

    3.碳化钛基合金
    碳化钛基硬质合金优于碳化钨基硬质合金原因是:碳化钛硬度较高,高温硬度好,导热率低,抗氧化性能好,对金属的摩擦系数小,并且比重小,资源丰富,成本较低,是一种很有发展前途的刀具材料。国外,美、日等国研制较早,发展得也较快,已形成了一个完整的合金系列。我国冶标中的YN10合金和六。一厂研制多年的TH7、TH12合金属于这种类型。碳化钛基合金既具有接近于陶瓷的耐磨性,又具有钨钛钴类合金的韧性,从而在切削速度上填补了硬质合金与陶瓷之间的空白。YN1O合金的韧性、耐磨性、可刃磨性等均优于YT30合金,强度和韧性较陶瓷高出两倍以上,适用于碳素钢、工具钢、合金钢、不锈钢以及淬火钢等钢材的精加工,可提高刀具耐用度和劳动生产率。

    4.涂层合金
    采用气相沉积或电泳沉积等工艺,在韧性较好的合金基体上沉积一层耐磨性好的涂层,从而提高刀具的切削性能,这种刀具材料称为涂层硬质合金(简称涂层合金)。我国成都工具研究所和株洲、自贡、上海硬质合金厂等单位均已研制多年,并已试用于生产。

    目前涂层工艺发展得很快,质量有所提高,品种也很多,主要有:

    1)碳化钛涂层涂层呈银灰色,一般厚度为5~7微米,它是最先出现的品种。其优点为:涂层硬度高(HV3200),可减小刀具月牙洼和后刀面磨损,不易产生积屑瘤,切削力可降低10~15%。缺点是:若涂复工艺控制不当,在涂层和基体间产生较厚脱碳层时,会引起刀片强度降低,在重负荷切削时易崩刃。

    2)氮化钛涂层  涂层呈金黄色或紫铜色。其优点为:粘刀现象减小,不易形成积屑瘤;与铁基材料的摩擦系数较碳化钛低,可降低切削力15%,同时降低切削温度,提高刀具耐用度。但氮化钛硬度(HV2000)较碳化钛低,与基体的粘结强度也较碳化钛涂层差些。

    3)陶瓷(Al2O3)涂层可用于加工钢和铸铁,使涂层刀片的应用范围扩大到陶瓷材料因强度低而不能采用的场合。成都工具研究所已在实验室试制成功。

    4)双涂层刀片  采用两层涂层以改进其粘结强度和耐磨性。如碳化钛一氮化钛涂层,碳化钛一陶瓷(Al2O3)涂层。

    试验表明:YG8涂层刀片适用于加工铸铁,也能加工钢材;YT5涂层刀片应用范围较广,相当于YTl4刀片的应用范围;YTl4涂层刀片的耐磨性更好一些。一般来说,刀片涂复TiC或TiN后,可提高其耐用度1~3倍。但由于涂层韧性较差,不适于加工带有硬质点、氧化皮、夹渣和有冲击性载荷的工件。


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