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ZrN涂层YT15硬质合金刀具的制备及切削性能

ZrN涂层YT15硬质合金刀具的制备及切削性能
ZrN涂层YT15硬质合金刀具的制备及切削性能

硬质合金刀具基础知识

硬质合金刀具材料基础知识 文章来源:中国刀具信息网添加人:阿刀 硬质合金是使用最广泛的一类高速加工(HSM)刀具材料,此类材料是通过粉末冶金工艺生产的,由硬质碳化物(通常为碳化钨WC)颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前,有数百种不同成分的WC基硬质合金,它们中大部分都采用钴(Co)作为结合剂,镍(Ni)和铬(Cr)也是常用的结合剂元素,另外还可以添加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金牌号?刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料?为了回答这些问题,首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。 硬度与韧性 WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。碳化钨(WC)本身具有很高的硬度(超过刚玉或氧化铝),而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。但是,它缺乏足够的韧性,而这对于切削刀具是必不可少的性能。为了利用碳化钨的高硬度,并改善其韧性,人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起,从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度,同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。此外,它还能承受高速加工所产生的切削高温。 如今,几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层,因此,基体材料的作用似乎显得不太重要了。但实际上,正是WC-Co材料的高弹性系数(衡量刚度的指标,WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍)为涂层提供了不变形的基底。WC-Co基体还能提供所需要的韧性。这些性能都是WC-Co材料的基本特性,但也可以在生产硬质合金粉体时,通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。因此,刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。 制粉工艺 碳化钨粉是通过对钨(W)粉进行渗碳处理而获得的。碳化钨粉的特性(尤其是其粒度)主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。化学控制也至关重要,碳含量必须保持恒定(接近重量比为6.13%的理论配比值)。为了通过后续工序来控制粉体粒度,可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合,通过这些组合的变化,可以产生各种不同的碳化钨粉。例如,碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉,而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。 在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时,可以采用各种不同的组合方式。最常用的钴含量为3%-25%(重量比),而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下,则需要加入镍和铬。此外,还可以通过添加其他合金成分,进一步改良金属结合剂。例如,在

硬质合金刀具涂层

硬质合金刀具的涂层技术 [ 摘要]切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来 的材料表面改性技术。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命, 使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率。主 要介绍涂层硬质合金刀具涂层材料的特点、要求,涂层制备技术,分 析化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD),单、复合涂层 制备方法及优缺点。 [关键字] 硬质合金涂层刀具;化学气相沉积法;物理气相沉积法; 现状及发展 引言 现代化的金属切削加工要求刀具具有高切削速度、高进给速度、 高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。因此, 高水平、稳 定的刀具涂层技术越来越受到机械加工企业的青睐。。涂层技术是提 高切削效率, 降低加工成本的有效途径。刀具基体与硬质薄膜表层相 结合, 由于基体保持了良好的韧性和较高的强度, 硬质薄膜表层又 具有高耐磨性和低摩擦因数, 从而使刀具的性能显著提高, 而且, 随着涂层技术设备的日趋集成化、模块化和智能化, 涂层费用已比初 期下降1/2~ 2/3, 涂层刀具在刀具总量中所占的比例将会越来越大。 表面涂层硬质合金在基体硬质合金上, 用(CVD)化学气相沉积, 或(PVD)物理气相沉积等方法, 涂覆耐磨的TiC、TiN、Al2O3等薄 层, 形成表面涂层硬质合金。涂层硬质合金刀片均为可转位形式, 刚

机夹方法装夹在刀杆或刀体上使用。具有以下优点: 1) 表面涂层材 料具有很高的硬度和耐磨性, 故与未涂层刀片相比, 涂层硬质合金 可采用较高的切削速度, 或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀 具耐用度。2)涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小, 故切削力有一定减小, 比未涂层刀片约降低 5%左右。润滑薄膜具有良好的固 相润滑性能, 可有效地改善加工质量, 也适合于干式切削加工。3) 用涂层刀片加工, 已加工表面质量较好。 4) 涂层技术作为刀具制造的最终工序, 对刀具精度几乎没有影响, 并可进行重复涂层工艺。5)由于综合性能好, 涂层刀片有较好的通用性。一种牌号的刀片经常有较宽的适用范围。涂层切削刀具所带来的益处: 可大幅度提高切削刀具寿命; 有效地提高切削加工效率; 明显提高被加工工件的表面质量; 有效地减少刀具材料的消耗,降低加工成本; 减少冷却液的使用, 降低成本, 利于环境保护。 1 涂层材料的发展现状与趋势 1.1 涂层材料的特点 涂层的特点是涂层薄膜与刀具基体相结合, 提高刀具的耐磨性 而不降低基体的韧性, 从而降低刀具与工件的摩擦因数, 延长刀具 的使用寿命。此外, 由于涂层自身的热传导系数比刀具基体和加工材料低得多, 可以有效减少摩擦所产生的热量, 形成热屏蔽, 改变热 量的散失途经, 从而降低刀具与工件、刀具与切屑之间的热冲击和力冲击, 有效地改善了刀具的使用性能。 刀具涂层所起的作用表现为: 1) 在刀具与被切削材料之间形成

硬质合金车刀几何角度选择原则

●硬质合金车刀合理前角、后角的参考值 (1)前角的选择 增大前角,可减小切削变形,从而减小切削力、切削热,降低切削功率的消耗,还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生,提高加工质量。但增大前角,会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低,容易造成崩刃,还会使刀头的散热面积和容热体积减小,使切削区局部温度上升,易造成刀具的磨损,刀具耐用度下降。 选择合理的前角时,在刀具强度允许的情况下,应尽可能取较大的值,具体选择原则如下: 1)加工塑性材料时,为减小切削变形,降低切削力和和切削温度,应选较大的前角,加工脆性材料时,为增加刃口强度,应取较小的前角。工件的强度低,硬度低,应选较大的前角,反之,应取较小的前角。用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时,应取负前角。 2)刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较高时,应取较大的前角。如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大;陶瓷刀具的韧性差,其前角应更小。 3)粗加工、断续切削时,为提高切削刃的强度,应选用较小的前角。精加工时,为使刀具锋利,提高表面加工质量,应选用较大的前角。当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时,应取较大的前角。对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具,为了保证工作的稳定性和刀具耐用度,应选较小的前角或零度前角。 (2)后角的选择 增大后角,可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦,减小磨损,还可使切削刃钝圆半径减小,提高刃口锋利程度,改善表面加工质量。但后角过大,将削弱切削刃的强度,减小散热体积使散热条件恶化,降低刀具耐用度。实验证明,合理的后角主要取决于切削厚度。其选择原则如下: 1)工件的强度、硬度较高时,为增加切削刃的强度,应选较小后角。工件材料的塑性、韧性较大时,为减小刀具后刀面的摩擦,可取较大的后角。加工脆性材料时,切削力集中在刃口附近,应取较小的后角。 2)粗加工或断续切削时,为了强化切削刃,应选较小的后角。精加工或连续切削时,刀具的磨损主要发生在刀具后刀面,应选用较大的后角。 3)当工艺系统刚性较差,容易出现振动时,应适当减小后角。在一般条件下,为了提高刀具耐用度,可增大后角,但为了降低重磨费用,对重磨刀具可适当减小后角。 为了使制造、刃磨方便,一般副后角等于主后角。下表1给出了硬质合金车刀合理后角的参考值。 表1 硬质合金车刀合理前角、后角的参考值

刀具涂层有哪些-刀具涂层种类大全

刀具涂层有哪些 内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上,利用气相沉积方 法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼 等超硬材料刀片上)而制备的。涂层作为一个化学屏障和热屏障,减少了刀具与工件间的扩 散和化学反应,从而减少了基体的磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳 定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性,切削时可比未涂层刀具寿命提高3~5倍 以上,提高切削速度20%~70%,提高加工精度0.5~1级,降低刀具消耗费用20%~50%。 现状 涂层刀具已成为现代切削刀具的标志,在刀具中的使用比例已超过50%。切削加工中 使用的各种刀具,包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、 成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。 类别 涂层刀具有四种:涂层高速钢刀具,涂层硬质合金刀具,以及在陶瓷和超硬材料(金刚 石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀 片上的涂层是硬度较基体低的材料,目的是为了提高刀片表面的断裂韧度(可提高10%以 上),可减少刀片的崩刃及破损,扩大应用范围。 新型涂层技术

Ti-Al-X-N新型涂层技术是利用气相沉积方法在高强度工具基体表面涂覆几微米高硬度、高耐磨性难熔Ti-Al-X-N涂层,从而达到减少刀具磨损,延长寿命,提高切削速度的目的。它是高档数控机床与基础制造装备国家重大专项课题取得的重要成果。 涂层方法 生产上常用的涂层方法有两种:物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。前者沉积温度为500℃,涂层厚度为2~5μm;后者的沉积温度为900℃~1100℃,涂层厚度可达5~10μm,并且设备简单,涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度,故高速钢刀具一般采用PVD法,硬质合金大多采用CVD法。硬质合金用CVD法涂层时,由于其沉积温度高,故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相),导致刀片脆性破裂。 近十几年来,随着涂覆技术的进步,硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD 相结合的技术,开发了复合的涂层工艺,称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。即利用等离子体来促进化学反应,可把涂覆温度降至400℃以下(涂覆温度已可降至180℃~200℃),使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应,可保持刀片原有的韧性。据报道,这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。涂层材料 涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低,以及与基体附着牢固等要求。显然,单一的涂层材料很难满足上述各项要求。所以硬质涂层材料已由最初只能涂单一的TiC、TiN、Al2O3,进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。新开发的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多层涂层与TiC、TiN、Al2O3等涂层的复合,加上新型的抗塑性变形基体,在改善涂层的韧性、涂层与基体

硬质合金刀具牌号

焊接刀、焊接刀片:A1型:A116、A118、A120、A122、A125、A130、A136、A140等 A2型:A216 A220 A225等 A3型:A315 A320 A325 A330 A340等 A4型:A416 A420 A425 A430等 B2型:B214 B216 B220 B225等 C1型:C116 C120 C122 C125等 C3型:C304 C305 C306 C308 C310 C312 C316等 C4型:420 C425 C430 C435等 D2型:D216 D220 D224 D226 D228 D230等 E3型:E325 E330等 F2型:F216 F216A F220 F230 F230A等 机夹刀片主要型号: 3A型:31305A 31605A等 3C型:31303C 31603C等 3D型:31303D 31603D 31903D等 3V型:31305V 31310V 31320V 31605V 31610V 31620V等 C-H型:C1610H6 C1610H6Z C1910H6 C1910H6Z等 T3A型:T31305A T31605A T31905A等 T3F型:T31305F T31605F T31905F等 T3V型:T31305V T31310V T31605V T31610V T31910V等 4A型:41305A 41315A 41605A 41905A等 4F型:41305F 41605F 41905F等 4H型:41305H 41605H 41905H 41910H 42210H8 42510H8等 4V型:41305V 41310V 41605V 41610V 41620V等 铣刀片主要型号: 3-0型:313100 316100等 3-8型:313058 313108等 3-11型:3100511 3130511 3131011等 4-0型:413050 413100 416050 416100 419100 419200等 4-8型413058 416058 416108 416158 419108等 4-11型:4130511 4131011 4160511 4161011 4161511 4191011等 G3-0型:G307050 G310050 G313050 G316050等

PVD涂层硬质合金刀具材料分类分组对照表

表4-4,五国十厂PVD 涂层硬质合金刀具材料分类分组对照表 注:上表摘自各公司样本和刊物,没有取得各公司的认可。 作 业 ISO 分类 分组代号 株洲 钻石 自贡 764 山特 维克 肯纳 公司 伊斯卡 公司 三菱 公司 东芝 公司 住友 公司 山高 公司 黛杰 公司 车 削 P P01 JC5003 P10 YBM252 KC5010 KC5510 1C507 VP10MF CP200 JC5003 P20 YBM252 GC1020 GC4125 GC1025 1C507 1C570 1C308 1C908 VP15TF VP20MF CP250 JC5015 P30 1C354 1C308 1C908 1C328 1C3028 VP15TF VP20MF GH330 AH120 CP500 JC5015 P40 GC1020 GC2145 1C328 1C3028 1C354 AH120 CP500 M M01 EH510Z M10 YBG202 GC1005 GC1025 KC5010 KC5510 1C507 1C907 VP10MF EH510Z CP200 JC5003 M20 YBG202 YBG302 YBM351 GC1020 GC1025 GC4125 1C507 1C907 1C1028 VP15TF VP20MF GH330 EH520Z CP200 CP500 JC5015 M30 YBG202 YBG302 YBM351 GC1020 GC2035 KC5025 KC5525 KC710 1C328 1C3028 1C1028 VP15TF VP20MF AH120 CP500 JC5015 M40 YBG302 YBM351 GC2145 1C328 1C3028 K K01 AH110 EH10Z JC5003 K10 KC5010 KC5510 1C507 1C907 GH110 AH110 EH10Z EH20Z CP200 JC5003 JC5015 K20 GC1020 1C308 1C908 VP15TF AH120 EH20Z CP200 CP250 JC5015 K30 GC4125 1C328 1C3028 1C1028 VP15TF CP500 S S01 VP05RT AH110 JC5003 S10 YBG102 GC1005 GC1025 KC5410 KC5010 KC5510 VP05RT VP10RT AH120 EH510Z CP200 CP250 CP500 JC5015 S20 YBG202 GC4125 KC5025 KC5525 VP10RT VP15TF EH20Z EH520Z CP250 CP500 S30 YBG202 VP15TF 铣 削 P P01 JC5003 P10 YBG202 KC792M KC715M ACZ310 JC5003 JC5030 P15 YBG202 YBG302 P20 YBG202 YBG302 GC1025 KC522M KC525M 1C950 1C908 VP15TF ACZ310 ASZ330 F25M JC5015 JC5030 JC5040 P25 YBG202 YBG302 P30 YBG302 YBG402 YBM351 KC725M 1C250 VP15TF VP30RT GH330 AH330 AH120 AH740 ACZ330 ACZ350 F25M F30M JC5015 JC5040 P40 YBG302 YBG402 YBM351 KC735M 1C328 1C928 VP30RT AH120 ACZ350 F40M T60M JC5040 P50 YBG402 YBM351

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】

内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出:“由于刀具材料的改进,允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等,耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上,允许切削速度已超过1000m/min,使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说,刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加

入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢,其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性,其切削温度可达600℃,与碳素工具钢及合金工具钢相比,其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性,可用于制造几乎所有品种的刀具,如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是,高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷,已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求;此外,高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭,据估计其储量只够再开采使用40——60年,因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10——20倍,其红硬性比硬质合金高2——6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差,这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类:①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分,经热压制成复合陶瓷刀具,其硬度可达93——95HRC,

硬质合金生产技术之压制和烧结

第三章压制 第一节压制机理 一,压制过程:粉末压制成型是粉末冶金生产的基本成型方法;在压摸中填装粉末,然后在压力机下加压,脱模后得到所需形状和尺寸的压坯制品,,粗略分三阶段: 1,压块密度随压力增加而迅速增大;孔隙急剧减少。 2,压块密度增加缓慢,因孔隙在1阶段中大量消除,继续加压只是让颗粒发生弹性屈服变形。 3,压力的增大可能达到粉末材料的屈服极限和强度极限,粉末颗粒在此压力下产生塑性变形或脆性断裂。因颗粒的脆性断裂形成碎块填入孔隙,压块密度随之增大。 二,压制压力:压制压力分二部分;一是没有摩擦的条件下,使粉末压实到一定程度所需的压力为“静压力”(P1);二是克服粉末颗粒和压模之间摩擦的压力为“侧压力”(P2)。 压制压力P=P1+P2 侧压系数=侧压力P2÷压制压力P=粉末的泊松系数u÷(1-u)=tg2(45o-自然坡度角Φ÷2) 侧压力越大,脱模压力就越大,硬质合金粉末的泊松系数一般为0.2-0.25之间。 三,压制过程中的压力分布:引起压力分布不匀的主要原因是粉末颗粒之间以及粉末与模壁之间的摩擦力。压块高度越高,压力分布越不均匀。实行双向加压或增大压坯直径,能减少压力分布的不均匀性。 四,压块密度分布:越是复杂的压块,密度分布越不均匀;除压力分布的不均匀(压力降)外,装粉方式不正确,使压块不同部位压缩程度不一致,也会造成压块密度不均匀。 1,填充系数:是指压块密度Y压与料粒的松装密度Y松的比值;压缩比:是指粉末料粒填装高度h粉与压块高度h压之比;在数值上填充系数和压缩比是相等的。 K=Y压÷Y松=h粉÷h压 2,为了减少压块密度分布的不均匀性: (1)提高模具的表面光洁度; (2)减少摩擦阻力; (3)提高料粒的流动性; (4)采用合理的压制方式; 3,粉末粒度对压制的影响; (1)粉末分散度越大(松装越小),压力越大。压块密度越小;有较大的强度值,成型性好。 (2)料粒较粗,压块容易达到较高的压块密度,但其密度分布往往是不均匀的;一般情况下,压块强度随成型剂的加入量而提高。 五,压块的弹性后效: 1,弹性内应力:粉末颗粒内部和颗粒间接触表面上,由于原子间引力和吸力的相互作用,会产生一个与颗粒受力方向相反,并力求阻止颗粒变形,以便达到与压制压力平衡的作用力叫弹性内应力。

常用刀具材料分类特点及应用

金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名: 班级: 学号: 2014年5月7日

摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析,总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围,同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。

目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 ......................................................... 错误!未定义书签。 2 常用刀具材料及特点 ........................................................ 错误!未定义书签。 碳素工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 合金工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 高速钢 ........................................................................... 错误!未定义书签。 硬质合金 ....................................................................... 错误!未定义书签。 陶瓷 ............................................................................... 错误!未定义书签。 超硬材料 ....................................................................... 错误!未定义书签。 3 刀具材料的典型应用 ........................................................ 错误!未定义书签。 工件材料与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 加工条件与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 4 总结 .................................................................................... 错误!未定义书签。 5 参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。

硬质材料之硬质合金与硬质合金涂层

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硬质材料包括硬质合金f并包括组成硬质合金的碳化磚粉、碳化起.碳化帆、碳化错、碳化钛这些硬质粉末”以及金刚石(C)f PcD (多晶钻),cBN (立方氮化硼)f和Si3N4 氮化硅。 PcD (多晶钻)是一种使用金刚石微粒和化学粘合剂混合之后,在高温高压环境下沉积为相干结构的人造材料。 cBN (立方氮化硼)是来自PcBN的多晶体。PcBN是一种由cBN微 粒和陶瓷或金属触媒粘合剂在高温高压下沉积而成的聚合体。 Si3 N4氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料。 硬质合金和碳-氮化合物一尽管高速钢对于如钻孔. 拉削这样的应用仍然非常重要■但大多数的金属切削都是通过

硬质合金工具完成的。对于那些非常难于加工的材料,硬质合金现在正逐渐由碳氮化合物、陶瓷制品和超硬材料所替代。渗碳的(或烧结的)硬质合金和碳氮化合物,被世界上大多数一致认为是硬金属, 是一系列通过粉末;台金技术制成的非常硬的.耐火. 耐磨的合金。微小的硬质合金或者氮化物颗粒在处于烧结題液体时被金属粘结剂”胶结"o个体硬金属的成分和属性与那些黄铜和高速钢是不同的。所有的硬金属都是金属陶瓷,是由陶瓷颗粒和金属粘结剂化合而成。 第一节硬质合金 ? “碳化磚”是非常硬的硬质合金颗粒,特别是碳化锯在 工能力。早期 富铁基质的出现 的硬质合金在用于工业用途时过于脆弱■但是不久发现将

碳化锯粉末与大约10%的金属,如铁、银或钻,允许压坯在大约1500°CT 烧结,在这个过程中生成的产品具有低孔隙率、非常高的硬度,而且相当大的强度。这些性质的组合使得材料理想的适合用来作为切削金属的加工刀具。 ?硬质合金的变化是由铜焊接硬质合金嵌入变成夹具嵌入,以及涂敷技术的迅速发展。 硬质合金刀具材料的制法: 一种是经过压锻和烧结至精确的形状和尺寸。 另外的一个进步是高温真空固态渗粘法(HIP)的应用。此方法实际上允许通过高压下的惰性气体将硬质合金中所有的残余孔隙度都挤出来>应用的温度大约是烧结温度。通过此方法刚度、抗裂强度和抗

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者:佚名来源:不详发布时间:2008-11-21 23:35:38 发布人:admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出:“由于刀具材料的改进,允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等,耐热温度已由500~600℃提高到1200℃以上,允许切削速度已超过1000m/min,使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说,刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢,其含碳量为0.7%~1.05%。高速钢具有较高耐热性,其切削温度可达600℃,与碳素工具钢及合金工具钢相比,其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性,可用于制造几乎所有品种的刀具,如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是,高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷,已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求;此外,高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭,据估计其储量只够再开采使用40~60年,因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10~20倍,其红硬性比硬质合金高2~6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差,这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类:①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分,经热压制成复合陶瓷刀具,其硬度可达93~95HRC,为提高韧性,常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷,其韧性高于氧化铝基陶瓷,硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷,其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3,硬度可达1800HV,抗弯强度可达1.20GPa,最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金,低于陶瓷材料;其横向断裂强度大于

涂层硬质合金刀具磨损机理的研究

收稿日期:2005年3月 涂层硬质合金刀具磨损机理的研究 贾庆莲 乔彦峰 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 摘 要:通过高速切削试验,观察了涂层刀片的磨损过程,描述了其磨损形态,分析了涂层刀片磨损率不同的原因,提出了涂层硬质合金刀具的磨损机理模型以及涂层硬质合金刀具的磨损类型。 关键词:T i N 涂层, 硬质合金刀具, 磨损机理, 高速切削 S tudy on Wearing Mechanism of C oated C emented C arbide Tool Jia Qinglian Qiao Yanfeng Abstract:Based on experiments of hi gh speed cutting,the wear process and wear appearance of the coated cemented carbide tools are studied.T he causes of different quanti ties of wear in the experiments are analyzed.T he model of wear mechanism of the coated cemented carbide tools and the wear styles of the coated cemented carbide tools such as di ffuse wear,plastic distortion wear and fatigue flake are presented. Keywords:TiN coating, cemented carbide tools, wearing mechanism, high -speed cutting 1 引言 用化学气相沉积法(CVD 法)在WC 基硬质合金表面涂覆一薄层高硬度的难熔金属化合物(如TiC 、TiN),所制备的涂层硬质合金具有高耐磨性的表层 和足够韧性的基体。在高速切削条件下,涂层硬质合金刀具的切削性能较佳,其原因之一是由于刀具表面的涂层材料向基体材料一方的/渗透0作用,使刀具上涂层材料已磨穿区的抗扩散磨损能力提高;原因之二是由于刀具刃口涂层材料被磨损的滞后性,即在继续切削过程中,刃口涂层材料起到了有效的机械支承作用,提高了涂层刀片的耐磨性。一般情况下,涂层硬质合金的低速切削性能较差,这是因为在低速切削条件下,涂层的磨损会以磨损率很高的脆性疲劳剥落磨损为主。 2 高速切削试验 试验中以TiC 涂层硬质合金刀片在无级变速车床上加工材料为38Cr Ni3Mo VA 的工件,切削用量为: f =012m m/r,a p =2mm,v =70~300m/min 。由试验可知,在较高切削速度范围内,涂层刀片的磨损过程大致可划分为三个阶段(见图1)。 (1)初磨阶段 自切削开始至刀具表面涂层材料被磨穿前的这个阶段称为初磨阶段。由于涂层刀片表面存在残余拉应力,其表面不平度约为2~4L m,在刀具)切屑(或工件)间的强烈摩擦下,表面涂层材料沿切屑流 动(或主运动)方向发生塑性滑移。其后果必导致前、后刀面的涂层材料发生塑性断裂,即塑性疲劳剥落磨损,前、后刀面的涂层在图1a 所示R 、F 处被磨穿。 图1 磨损特征 (2)正常磨损阶段 大量观察表明,在正常磨损阶段,前、后刀面涂层磨穿区均离刃口一定距离(见图1b)。也就是说,刀片刃口的涂层完整性尚好。为便于分析,将前、后刀面磨损面划分为六个区(见表1)。 表1 磨损区域划分 区域 特征 ?前刀面近主刃处未磨穿区ò前刀面已磨穿区 ó前刀面远离主刃处未磨穿区?后刀面近主刃处未磨穿区?后刀面已磨穿区 ? 后刀面远离主刃处未磨穿区 据观察,已被磨穿的ò、?区磨损面呈均匀的晶粒状,未磨穿的前刀面?、ó区,后刀面?、?区均呈/脊沟0状浅擦痕,深度为1~3L m,其方向平行于切屑流动方向(或主运动方向)。据分析,可以认为磨 损面上的脊沟是涂层材料沿切屑流动方向的塑性滑移所形成。

世界顶尖刀具涂层技术介绍【详解】

世界顶尖刀具涂层技术介绍 内容来源网络,由深圳机械展收集整理! 更多数控刀具技术展示,就在深圳机械展-刀具展区! 切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命,使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率。 1.刀具涂层的特点 (1)力学和切削性能好。涂层刀具将基体材料和涂层材料的优良性能结合起来,既保持了基体良好的韧性和较高的强度,又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低摩擦系数。因此,涂层刀具的切削速度与未涂层的相比,切削速度可提高2~5倍,使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。 (2)通用性强。涂层刀具通用性广,加工范围显著扩大,一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用,因而可以大大减少刀具的品种和库存量,简化刀具管理,降低刀具和设备成本。 2.涂层的分类 根据涂层方法不同,涂层刀具可分为化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition,简称CVD)涂层刀具、物理气相沉积(Physical Vapour Depositon,简称PVD)涂层刀具及混合工艺及组合技术。CVD涂层原理如图1a所示,PVD涂层原理如图1b所示。混合工艺是等离子辅助CVD技术与传统的PVD技术进行有效的结合。比如先沉积传统的CrN硬质涂层,再在最上面沉积一层用于减少摩擦的DLC涂层。组合技术是涂层前对工具或零部件的表面层进行氮化,可以提高涂层的功效。 CVD可以涂覆耐磨损性优异的TiCN、耐热性非常优异的Al2O3厚膜,因此在产生高温的高速、高效率切削加工中能显示出长寿命,CVD涂层如图2a所示。PVD一般用在与无涂层硬质合金、高速钢相同或较高速的切削速度条件下,以延长刀具寿命为目标。对基体制约少、损伤小,因此特别适合用于要求耐磨损性、耐崩刃性的刀具,也适用于要求锋利刃口的低进给加工与精加工或螺纹加工工具等,PVD涂层如图2b所示。 根据涂层刀具基体材料的不同,涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具以及在陶瓷和超硬材料(金刚石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法,沉积温度在1 000℃左右。涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法,沉积温度在500℃左右。 金刚石涂层采用CVD(化学蒸镀法)在硬质合金基体上合成。合成的涂层具备与天然金刚石相匹敌的硬度与导热系数,在非铁材料的加工中发挥着优异的性能。金刚石涂层刀具由于其良好的切削性能,在切削加工领域具有广阔的应用前景,是加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金及许多其他耐磨蚀材料的理想刀具,目前其主要应用领域是汽车和航空航天工业。金刚石涂层刀具的组织如图3所示。 根据涂层材料的性质,涂层刀具又可分为两大类,即“硬”涂层刀具和“软”涂层刀具。“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性,其主要优点是硬度高、耐磨性好,典型的是TiC和TiN涂层,各种涂层刀具如图4所示。“软”涂层刀具是采用固体润滑剂如MoS2、WS2等制备的刀具,“软”涂层追求的目标是低摩擦系数,也称为自润滑刀具,它与工件材料的摩擦系数很低,只有0.1左右,可减小粘、减轻摩擦、降低切削力和切削温度。 对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一,涂层刀具的出现,使刀具切削性能有了较大的提高,应用领域不断扩大,涂层刀具在数控加工领域有巨大潜力,将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种。目前国外硬质合金可转位刀片的涂层比例在70%以上,欧洲齿轮刀具的涂层比例高达90%。涂层技术已应用于立铣刀、铰刀、复合孔加工工具、齿轮滚刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片,满足高速切

硬质合金刀具基础知识

硬质合金刀具材料基础知识浏览: 文章来源:中国刀具信息网添加人:阿刀添加时间:2011-01-31 硬质合金是使用最广泛的一类高速加工(HSM)刀具材料,此类材料是通过粉末冶金工艺生产的,由硬质碳化物(通常为碳化钨WC)颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前,有数百种不同成分的WC基硬质合金,它们中大部分都采用钴(Co)作为结合剂,镍(Ni)和铬(Cr)也是常用的结合剂元素,另外还可以添加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金牌号?刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料?为了回答这些问题,首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。 硬度与韧性 WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。碳化钨(WC)本身具有很高的硬度(超过刚玉或氧化铝),而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。但是,它缺乏足够的韧性,而这对于切削刀具是必不可少的性能。为了利用碳化钨的高硬度,并改善其韧性,人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起,从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度,同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。此外,它还能承受高速加工所产生的切削高温。 如今,几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层,因此,基体材料的作用似乎显得不太重要了。但实际上,正是WC-Co材料的高弹性系数(衡量刚度的指标,WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍)为涂层提供了不变形的基底。WC-Co基体还能提供所需要的韧性。这些性能都是WC-Co材料的基本特性,但也可以在生产硬质合金粉体时,通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。因此,刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。 制粉工艺 碳化钨粉是通过对钨(W)粉进行渗碳处理而获得的。碳化钨粉的特性(尤其是其粒度)主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。化学控制也至关重要,碳含量必须保持恒定(接近重量比为6.13%的理论配比值)。为了通过后续工序来控制粉体粒度,可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合,通过这些组合的变化,可以产生各种不同的碳化钨粉。例如,碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉,而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。 在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时,可以采用各种不同的组合方式。最常用的钴含量为3%-25%(重量比),而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下,则需要加入镍和

硬质合金刀具的型号、分类、用途

硬质合金刀具的型号、分类、用途 型号 1、整体硬质合金刀具类,包含麻花钻,铣刀,铰刀,镗刀,铣刀片,球头铣刀,锯片铣刀,锥度铣刀,光面塞规,圆棒及阶梯钻。 2、镶合金刀具类,包含铰刀、螺旋立铣刀,钻扩成型刀,汽车轮毂刀,三面刃,T型铣刀和各种成型刀。 3、可转位刀具类,包括硬质合金可转位立铣刀,可转位面铣刀,可转位燕尾铣刀和可 转位三面刃。 4、高速钢刀具类,包括高速钢成型铣刀,左旋钻,球面铣刀,钴高速钢刀具及各种非标成型高速钢刀具。 5、行业专用刀具类,包含汽车行业专用刀、动员机行业专用刀、缝纫机行业专用刀、模具行业专用刀、纺机业专用刀和印制线路板行业专用刀。 硬质合金分类与用途- 硬质合金分类及用途,直到国家标准正式发布之前,国内相关书本、杂志、资料中表 述没有严格规范,通常按合金成份进行分类,用途表述则比较分散。 分类 碳化钨基硬质合金:包括WC—Co、WC—TaC—Co、WC—TiC—Co、WC—TiC—TaC —Co、WC—Ti—TaC—NbC—Co等合金,这些合金均以碳化钨为主成份。 碳化钛基或碳氮化钛基硬质合金:通常以TiC或Ti(C、N)为基础成份,以Ni—Mo 作粘结剂而组成的一种硬质合金。这类硬质合金近几年又有许多新的进展,如含Ta、W等重金属元素的多元复式碳化物固溶体加入研制高性能Ti(C、N)基金属陶瓷等。 碳化铬基硬质合金:以Cr3C2为基,以Ni或Ni—W等作粘结剂而组成的硬质合金, 通常用来作耐磨耐腐蚀零件,近几年还大量用于装饰品部件如表链等。 钢结硬质合金:以TiC或 WC为基,钢作粘结剂而组成的一种硬质合金,是一种可进 行机加工和热处理的合金,是介于传统硬质合金与合金钢之间的一种工程材料。 涂层硬质合金:通常指在韧性的碳化钨基硬质合金基体上通过化学气相沉积或物理涂 层方法,涂上几微米厚的TiC、TiN、Ti(C、N)、Al2O3之类的硬质化合物而生产的。 用途

硬质合金材料的特点

硬质合金刀具材料特点 1 引言 科学技术的进步、新材料的开发以及高精度机械的发展,对刀具的性能提出了更高的要求。特别是随着木材及建材加工的进一步高速化和高功效化,要求刀具具有更高的耐用度,否则经常更换刀具会影响机器和设备的生产效率。因此,一般的刀具难以符合机器和设备的高生产效率,因而,研究硬质合金刀具成为了必不可少的一环。 2 硬质合金的介绍 (1)硬质合金刀具的种类 按晶粒大小区分,硬质合金可分为普通硬质合金、细晶粒硬质合金和超细晶粒硬质合金。按主要化学成分区分,硬质合金可分为碳化钨基硬质合金和碳化钛基硬质合金。碳化钨基硬质合金包括钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和添加稀有碳化类(YW)三类,它们各有优缺点,主要成分为碳化钨(WC)、碳化钛(Tic)、碳化铌(NbC)等常用的金属粘接相是Co。碳化钛基硬质合金是以Tic为主要成分的硬质合金,常用的金属粘接相Mo和Ni。 (2)硬质合金刀具的历史 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28~前20世纪,就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪),由于掌握了渗碳技术,制成了铜质刀具。当时的钻头和锯,与现代的扁钻和锯已有些相似之处。 然而,刀具的快速发展是在18世纪后期,伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年,法国的勒内首先制出铣刀。1792年,英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年,但直到1864年才作为商品生产。 1923年,德国的施勒特尔往碳化钨粉末中加进10%~20%的钴做粘结剂,发明了碳化钨和钴的新合金,硬度仅次于金刚石,这是世界上人工制成的第一种硬质合金。用这种合金制成的刀具切削钢材时,刀刃会很快磨损,甚至刃口崩裂。1929年美国的施瓦茨科夫在原有成分中加进了一定量的碳化钨和碳化钛的复式碳化物,改善了刀具切削钢材的性能。这是硬质合金发展史上的又一成就。 近二十年来,涂层硬质合金也问世了。1969年瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具,刀具的基体是钨钛钴硬质合金或钨钴硬质合金,表面碳化钛涂层的厚度不过几微米,但是与同牌号的合金刀具相比,使用寿命延长了3倍,切削速度提高25%~50%。20世纪70年代已出现第四代涂层工具,可用来切削很难加工的材料。 (3)硬质合金刀具的性能 硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的温度下也基本保持不变,在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料,如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材,也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。 (4)硬质合金刀具的用途 硬质合金还可用来制作凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴、五金模具(如拉丝模具、螺栓模具、螺母模具、以及各种紧固件模具,硬质合金的优良性能逐步替代了以前的钢铁模具)。 (5)硬质合金刀具的选择 在选择刀具的角度时,需要考虑多种因素的影响,如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、

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