溫度對PcBN切削刀具材料硬度的影響

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1、第2O卷第5期超硬材料工程V0I．2O2008年1O月SUPERHARDMATERIALENGINEERINGOct．2008溫度對PcBN切削刀具材料硬度的影響①[英]T．K．Harris等摘要：PcBN切削刀具用于高速高溫下加工鐵基合金，為了準(zhǔn)確地預(yù)測這種刀具材料的壽命，尤其了解在切削溫度和切削壓力下發(fā)生的變形和有關(guān)機(jī)理很有必要。本研究以維氏壓痕作為一種手段來評估cBN含量、結(jié)合劑相和cBN晶粒尺寸對幾種PeBN材料機(jī)械性能的影響。研究表明，隨著試驗(yàn)溫度的升高，刀具材料的變形機(jī)理發(fā)生變化，經(jīng)證實(shí)，壓痕法有益于識別這種變化。關(guān)鍵詞：壓痕法；軟壓頭技術(shù)

2、；聚晶立方氮化硼；溫度中圖分類號：TQ164文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-1433(2008)05-0049-051引言一種機(jī)理的轉(zhuǎn)變發(fā)生在非常特殊的均質(zhì)溫度B。他認(rèn)為，這種材料的主要變形機(jī)理決定于活性滑移系統(tǒng)，脆就韌性材料來說，壓痕技術(shù)的使用提供了大量有性一韌性轉(zhuǎn)變發(fā)生在0．33Tm附近，即滑移能在{111)關(guān)塑性變形的信息。該技術(shù)的一個應(yīng)用則是測定溫度密排晶面上發(fā)生的溫度(見表1)。的影響(高溫硬度)。業(yè)已表明，在標(biāo)準(zhǔn)接觸時間內(nèi)，試表1TiC單晶中的活性滑移系統(tǒng)5]驗(yàn)溫度升高引起的后果就是硬度下降口]。盡管試驗(yàn)特別容易，但分析數(shù)據(jù)有困難，因此現(xiàn)

3、有幾種不同的硬度分析方法(溫度數(shù)據(jù))。一種適于金屬的方法是利用對數(shù)硬度一溫度(K)曲線的拐點(diǎn)來識別在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)引起塑性變形的變形機(jī)理。在固定載荷、不同溫度但I(xiàn)to-Shishokin曲線(Log日一?。)的拐點(diǎn)也一恒定載荷率下進(jìn)行的硬度評價之重要性，隨著溫度的向用來識別幾種陶瓷(包括90wtcBN聚集體和升高，按照下列定律而降低：50wtcBN復(fù)合體)變形機(jī)理的變化R。Parry的研究LogH—A—B丁一cTlogt(1992)證明，90wtcBN材料不存在拐點(diǎn)，而發(fā)現(xiàn)式中，丁一絕對溫度；A、B一材料常數(shù)；c一載荷時50wtcBN復(fù)合材料的拐點(diǎn)

4、發(fā)生在0．4Tm，但不低于間t決定的常數(shù)。該式稱為Ito-Shishokin關(guān)系式0。材0．4Tm。表明這類材料的性能變化起因于顯微組織的料常數(shù)隨著溫度范圍的不同有兩組數(shù)值，一組適用于差異。半熔點(diǎn)以下；另一組則適用于半熔點(diǎn)以上。不同組參數(shù)但是，在O．4Tm以下的溫度評價這類材料的有關(guān)可用不同的變形模式來識別，即在低均質(zhì)溫度下的很變形機(jī)理是非常困難的。例如，90wtcBN材料的壓痕低位錯遷移率、在中間范圍內(nèi)的常規(guī)滑移攣晶和晶界蠕變測量表明，塑性變形發(fā)生在室溫(O．08Tm)，主變滑移以及在高均質(zhì)溫度下的黏性行為，每一種用對數(shù)形機(jī)理為位錯滑動，而組成型硬度

5、法表明，包括陶瓷硬度一溫度曲線的拐點(diǎn)和計算有關(guān)的激活能來識在內(nèi)的一些材料在0．4Tin時主變形機(jī)理也為位錯滑別。動口。本文報道的是應(yīng)用維氏壓痕硬度法研究在試驗(yàn)對于硬脆材料，用剛性壓頭難以獲取有關(guān)信息。壓溫度范圍內(nèi)cBN含量、粘結(jié)劑相和晶粒尺寸對幾種痕下的典型高應(yīng)變產(chǎn)生復(fù)雜的裂紋系統(tǒng)，可能導(dǎo)致PcBN刀具材料變形機(jī)理變化的影響。測量誤差。但是，壓痕技術(shù)一向被用來評估脆性材料的變形機(jī)理。例如，Kohlstedt指出，過渡碳化物單晶的2材料自然對數(shù)H一1／丁曲線的拐點(diǎn)表明，幾種不同的變形機(jī)理活躍于0．25Tin和0．66Tin之間，從一種機(jī)理向另cBN是人們

6、已知的硬度僅次于金剛石的第二種超①收稿日期：2OO7一lO一2O49硬材料，單晶cBN由六方氮化硼晶體轉(zhuǎn)化而來。cBN最前列的是含90wt％cBN的一種聚集體。加入鋁作催具有閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，由兩個互穿面心立方晶格構(gòu)成，一化劑，在5~7GPa的高壓和1473~1837K的高溫下燒個為硼晶格，另一個為氮晶格。主要為共價鍵結(jié)合，有結(jié)，顯微組織包含cBN骨架和由AIB。和AlN組成的穩(wěn)些離子鍵結(jié)合。經(jīng)鑒定，滑移系在室溫下發(fā)生在{111}定、非活性粘結(jié)劑相。在cBN骨架的空隙內(nèi)，A1N形成<110>晶面，解理則發(fā)生在{011}晶面]。單晶cBN的硬包圍晶粒的外殼，

7、而在直接接觸區(qū)鋁則被排除在外，晶度呈各向不均性，其值從(001)晶面的5110]方向的粒顯示高的塑性變形水平Ⅱ“。但是尚未發(fā)現(xiàn)可表明28．89GPa到同一晶面的[100]方向的43．12GPa不cBN晶粒再生長的證據(jù)該系列其它材料的制造方法等川。類似，但含有立方氮化硼(cBN)和Al／TiC、TiC或TiN聚晶立方氮化硼刀具材料(室溫努氏硬度為粘結(jié)劑相，厚度0．7X的cBN層釬焊在WC-CO支撐39GPa)由單晶cBN和粘結(jié)劑相組成。PcBN材料的硬基體上。這些材料的cBN晶粒尺寸也不盡相同，從度范圍決定于cBN含量、cBN晶粒尺寸和粘結(jié)劑相材80wt

8、0AcBN材料的1Om到50wt％和80wtcBN材料料的變化。圖1為本研究用材料的顯微組織，