硬质合金刀具材料磨切性能

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1、刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，无论是普通机床，还是先进的数控机床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系统(FMC),都必须依靠刀具才能完成切削加工。刀具的发展对提高生产率和加工质量貝有直接影响。材料、结构和儿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；11：44由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍二刀具材料已从20世纪初的高速钢、硕质合金发展到现在的高性能陶瓷、超唤材料等，耐热温度己由500〜600°C提高到1200°C以上，允许切削速度已超过1000

2、m/min,使切削加工生产率在不到100年吋间内提高了100多倍。因此可以说，刀貝材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。本文回顾了常规刀具材料的基本性能，综合评述了硬质合金刀具材料的研究现状，提出采用晶须增韧补强、纳米复合强化技术制备高性能硬质合金材料的研究发展思路。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。高速钢是一种加人了较多W、Mo、Cr、V等合金元索的高合金工具钢，其含碳量为0.7%〜1.05%。髙速钢貝有较高耐热

3、性，其切削温度可达6000°C,与碳索工具钢及合金工具钢相比，英切削速度可成倍提高。高速钢具冇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、小直径铳刀等。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対刀貝-材料越來越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主耍元素(如餌)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，加工钢材吋，陶瓷刀貝的耐用度为硬质合金刀貝的10〜2

4、0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不更质合金。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A12O3基体材料小加人TiC、WC、SiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93〜95HRA,为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常川的氮化硅基陶瓷为SiN+TiC+Co复合陶瓷，具韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅一氧化铝复合陶瓷。乂称为赛阿龙(Sialon

5、)陶瓷，其化学成分为力％Si3N4+13%A12O3+10%Y2O3，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山WC构成的硬质合金不同，主要山陶瓷颗粒、Tie和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金屈陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；具横向断裂强度大于陶瓷材料，小于硬质合金；化学稳定性和抗氧化性好，耐剥离磨损，耐氧化和扩散，具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。金属陶瓷刀具的切削效率和工作寿命高于硬质合金、涂层硬质合金刀具，加工出的工件表血粗糙度小；山于金属陶瓷与钢的粘结性较低

6、，因此用金属陶瓷刀貝-取代涂层硬质合金刀具加工钢制工件时，切屑形成较稳定，在口动化加工中不易发生长切屑缠绕现彖，零件棱边基木无毛刺。金属陶瓷的缺点是抗热震性较差，易碎裂，因此使用范围有限。哽质合金刀具材料的研究现状由于硕质合金刀具材料的耐磨性和强韧性不易兼顾，因此使用者只能根据具体加工对彖和加工条件在众多硬质合金牌号中选择适用的刀貝材料，这给硬质合金刀貝-的选用和管理带来诸多不便。为进一步改善硬质合金刀具材料的综合切削性能，目前的研究热点主要包括以下儿个方面：(1)细化晶粒通过细化硬质相品粒度、增大硬质相品间表面积、增强品粒间结合力，可使硬质合金刀

7、具材料的强度和耐磨性均得到提高。当WC晶粒尺寸减小到亚微米以卜•时，材料的硕度、韧性、强度、耐磨性等均可提高，达到完全致密化所需温度也可降低。普通硬质合金晶粒度为3〜5

8、im,细晶粒<1更质合金晶粒度为1〜1.5pm(微米级)，超细晶粒0更质合金晶粒度可达0.5pm以下(亚微米、纳米级)。超细品粒硬质合金与成分相同的普通硕质合金相比，硬度可提高2HRA以上，抗弯强度可提高600〜800MPa<>常川的晶粒细化工艺方法主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体沉积法、机械合金化法等。等径侧向挤压法(ECAE)是一种很有发展前途的晶粒细化工艺方法。

9、该方法是将粉体置于模具中，并沿某一与挤压方向不同(也不相反)的方向挤出，且挤压时的横截面积不变。经过ECAE工艺加工的粉体