温度对PcBN切削刀具材料硬度的影响

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1、第2O卷第5期超硬材料工程V0I．2O2008年1O月SUPERHARDMATERIALENGINEERINGOct．2008温度对PcBN切削刀具材料硬度的影响①[英]T．K．Harris等摘要：PcBN切削刀具用于高速高温下加工铁基合金，为了准确地预测这种刀具材料的寿命，尤其了解在切削温度和切削压力下发生的变形和有关机理很有必要。本研究以维氏压痕作为一种手段来评估cBN含量、结合剂相和cBN晶粒尺寸对几种PeBN材料机械性能的影响。研究表明，随着试验温度的升高，刀具材料的变形机理发生变化，经证实，压痕法有益于识别这种变化。关键词：压痕法；软压头技术

2、；聚晶立方氮化硼；温度中图分类号：TQ164文献标识码：A文章编号：1673-1433(2008)05-0049-051引言一种机理的转变发生在非常特殊的均质温度B。他认为，这种材料的主要变形机理决定于活性滑移系统，脆就韧性材料来说，压痕技术的使用提供了大量有性一韧性转变发生在0．33Tm附近，即滑移能在{111)关塑性变形的信息。该技术的一个应用则是测定温度密排晶面上发生的温度(见表1)。的影响(高温硬度)。业已表明，在标准接触时间内，试表1TiC单晶中的活性滑移系统5]验温度升高引起的后果就是硬度下降口]。尽管试验特别容易，但分析数据有困难，因此现

3、有几种不同的硬度分析方法(温度数据)。一种适于金属的方法是利用对数硬度一温度(K)曲线的拐点来识别在试验温度范围内引起塑性变形的变形机理。在固定载荷、不同温度但Ito-Shishokin曲线(Log日一丁／丁m)的拐点也一恒定载荷率下进行的硬度评价之重要性，随着温度的向用来识别几种陶瓷(包括90wtcBN聚集体和升高，按照下列定律而降低：50wtcBN复合体)变形机理的变化R。Parry的研究LogH—A—B丁一cTlogt(1992)证明，90wtcBN材料不存在拐点，而发现式中，丁一绝对温度；A、B一材料常数；c一载荷时50wtcBN复合材料的拐点

4、发生在0．4Tm，但不低于间t决定的常数。该式称为Ito-Shishokin关系式0。材0．4Tm。表明这类材料的性能变化起因于显微组织的料常数随着温度范围的不同有两组数值，一组适用于差异。半熔点以下；另一组则适用于半熔点以上。不同组参数但是，在O．4Tm以下的温度评价这类材料的有关可用不同的变形模式来识别，即在低均质温度下的很变形机理是非常困难的。例如，90wtcBN材料的压痕低位错迁移率、在中间范围内的常规滑移挛晶和晶界蠕变测量表明，塑性变形发生在室温(O．08Tm)，主变滑移以及在高均质温度下的黏性行为，每一种用对数形机理为位错滑动，而组成型硬度

5、法表明，包括陶瓷硬度一温度曲线的拐点和计算有关的激活能来识在内的一些材料在0．4Tin时主变形机理也为位错滑别。动口。本文报道的是应用维氏压痕硬度法研究在试验对于硬脆材料，用刚性压头难以获取有关信息。压温度范围内cBN含量、粘结剂相和晶粒尺寸对几种痕下的典型高应变产生复杂的裂纹系统，可能导致PcBN刀具材料变形机理变化的影响。测量误差。但是，压痕技术一向被用来评估脆性材料的变形机理。例如，Kohlstedt指出，过渡碳化物单晶的2材料自然对数H一1／丁曲线的拐点表明，几种不同的变形机理活跃于0．25Tin和0．66Tin之间，从一种机理向另cBN是人们

6、已知的硬度仅次于金刚石的第二种超①收稿日期：2OO7一lO一2O49硬材料，单晶cBN由六方氮化硼晶体转化而来。cBN最前列的是含90wt％cBN的一种聚集体。加入铝作催具有闪锌矿型结构，由两个互穿面心立方晶格构成，一化剂，在5~7GPa的高压和1473~1837K的高温下烧个为硼晶格，另一个为氮晶格。主要为共价键结合，有结，显微组织包含cBN骨架和由AIB。和AlN组成的稳些离子键结合。经鉴定，滑移系在室温下发生在{111}定、非活性粘结剂相。在cBN骨架的空隙内，A1N形成<110>晶面，解理则发生在{011}晶面]。单晶cBN的硬包围晶粒的外壳，

7、而在直接接触区铝则被排除在外，晶度呈各向不均性，其值从(001)晶面的5110]方向的粒显示高的塑性变形水平Ⅱ“。但是尚未发现可表明28．89GPa到同一晶面的[100]方向的43．12GPa不cBN晶粒再生长的证据该系列其它材料的制造方法等川。类似，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(室温努氏硬度为粘结剂相，厚度0．7X的cBN层钎焊在WC-CO支撑39GPa)由单晶cBN和粘结剂相组成。PcBN材料的硬基体上。这些材料的cBN晶粒尺寸也不尽相同，从度范围决定于cBN含量、cBN晶粒尺寸和粘结剂相材80wt

8、0AcBN材料的1Om到50wt％和80wtcBN材料料的变化。图1为本研究用材料的显微组织，