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《硬質合金刀具材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展思路》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、硬質合金刀具材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展思路1引言材料、結構和幾何形狀是決定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起著關鍵性作用。國際生產(chǎn)工程學會(CIRP)在一項研究報告中指出：“由于刀具材料的改進，允許的切削速度每隔10年兒乎提髙一倍”。刀具材料己從20世紀初的離速鋼、硬質合金發(fā)展到現(xiàn)在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐熱溫度已由500?600°C提高到1200°C以上，允許切削速度已超過1000m/min,使切削加工生產(chǎn)率在不到100年時間內提高了100多倍。因此可以說，刀具材料的發(fā)展歷程實際上反映了切削加工技術的發(fā)
2、展史。2常規(guī)刀具材料的基本性能1)高速鋼1898年由美國機械工程師泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程師懷特(M.White)發(fā)明的高速鋼至今仍是一種常用刀具材料。高速鋼是一種加入了較多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼，其含碳量為0.7%?1.05%。高速鋼貝有較高耐熱性，其切削溫度可達600°C,與碳素工具鋼及合金工具鋼相比，其切削速度可成倍提高。高速鋼具有良好的韌性和成形性，可用于制造兒乎所有品種的刀具，如絲錐、麻花鉆、齒輪刀具、拉刀、小直徑銃刀等。但是，高速鋼也存在耐桝性、耐熱性較差等缺陷，已
3、難以滿足現(xiàn)代切削加工對刀具材料越來越鳥的要求；此外，高速鋼材料屮的一些主要元素(如鵠)的儲藏資源在世界范圍內丨I漸枯竭，據(jù)佔計其儲量只夠再開采使用40?60年，因此高速鋼材料面臨嚴峻的發(fā)展危機。2)陶瓷與硬質合金相比，陶瓷材料具有更高的碩度、紅碩性和耐會性。因此，加工鋼材時，陶瓷刀具的耐川度為碩質合金刀具的10?20倍，其紅硬性比硬質合金高2?6倍，且化學穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于破質合金。陶瓷材料的缺點是脆性大、橫向斷裂強度低、承受沖擊載荷能力差，這也是近幾十年來人們不斷對其進行改進的重點。陶瓷刀具材料可分為
4、三大類：①氧化鋁基陶瓷。通常是在A12O3基體材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，經(jīng)熱壓制成復合陶瓷刀具，其硬度可達93?95HRC,為提高韌性，常添加少量Co、Ni等金屈。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅某陶瓷為Si3N4+TiC+Co復合陶瓷，其韌性高于氧化鋁基陶瓷，碩度則與之相當。③氮化硅一氧化鋁復合陶瓷。乂稱為賽阿龍(Sialon)陶瓷，其化學成分為77%Si3N4+13%A12O3,硬度可達1800HV,抗彎強度可達1.20GPa,最適合切削高溫合金和鑄鐵。3)金屬陶瓷金屬陶瓷與由WC
5、構成的碩質合金不同，主要由陶瓷顆粒、TiC和TiN、粘結劑Ni、Co>Mo等構成。金屬陶瓷的碩度和紅碩性高于硬質合金，低于陶瓷材料；其橫向斷裂強度人丁?陶瓷材料，小于硬質合金；化學穩(wěn)定性和抗氧化性好，耐剝離轉損，耐氧化和擴散，具有較低的粘結傾向和較高的刀刃強度。金屬陶瓷刀具的切削效率和工作壽命高于硬質合金、涂層硬質合金刀具，加工出的工件表面粗糙度?。簧接诮饘偬沾膳c鋼的粘結性較低，因此用金屬陶瓷刀具取代涂層硬質合金刀具加工鋼制工件時，切屑形成較穩(wěn)定，在自動化加工屮不易發(fā)生長切屑纏繞現(xiàn)象，零件棱邊基本無毛刺。金屈陶
6、瓷的缺點是抗熱震性較差，易碎裂，因此使用范圍冇限。4)超硬材料人造金剛石、立方氮化硼(CBN)等具有高破度的材料統(tǒng)稱為超破材料。金剛石是世界上已知的最破物質，并具有高導熱性、高絕緣性、高化學穩(wěn)定性、高溫半導體特性等多種優(yōu)良性能，可用于鋁、銅等有色金屬及其合金的精密加工，特別適合加工非金屬硬脆材料°1955年，美國GE公司采用高溫高壓法成功合成了人造金剛石，1966年又研制出人造聚晶金剛石復合片(PCD),自此人造金剛石作為一類新型刀具材料得到迅速發(fā)展。但由于金剛石中的碳在高溫下易與鐵元素作用而迅速溶解，因此金剛
7、石刀具不適合加工鐵基合金，從而大大限制了金剛石在金屬切削加工中的應用。立方氮化硼(CBN)是硬度僅次于金剛石的超硬材料。雖然CBN的硬度低于金剛石，但其氧化溫度高達136CTC，且與鐵磁類材料具有較低的親和性。因此，雖然目前CBN還是以燒結體形式進行制備，但仍是適合鋼類材料切削、具仃高耐會性的優(yōu)良刀具材料。由于CBN具冇高皎度、高熱穩(wěn)定性、高化學穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，因此特別適介加工高碩度、高韌性的難加工金屬材料。如采用CBN可轉位刀片干式精車淬碩齒輪，每個齒輪的加工成本可降低60%；采用配裝球形CBN刀片的立銃刀
8、精銃人型碩質磨具，磨削時間可比傳統(tǒng)工藝減少80%oCBN材料的不足Z處是韌性較差的問題尚待解決。4)碩質合金破質合金由Schroter于1926年首先發(fā)明。經(jīng)過兒十年的不斷發(fā)展，硬質合金刀具的硬度已達98?93HRA,在1(X)O°C的高溫下仍具有較好的紅碩性，其耐用度是高速鋼刀具的幾十倍。碩質合金是由WC、TiC、TaC>NbC、VC等難熔金屬碳化物以及作為粘結劑的鐵族金屬用粉末冶金
