硬質(zhì)合金刀具材料的研究現(xiàn)狀

發(fā)布日期:2012-08-29    蘭生客服中心    瀏覽:2280

由于硬質(zhì)合金刀具材料的耐磨性和強韌性不易兼顧,因此使用者只能根據(jù)具體加工對象和加工條件在眾多硬質(zhì)合金牌號中選擇適用的刀具材料,這給硬質(zhì)合金刀具的選用和管理帶來諸多不便。為進一步改善硬質(zhì)合金刀具材料的綜合切削性能,目前的研究熱點主要包括以下幾個方面:

(1) 細化晶粒

通過細化硬質(zhì)相晶粒度、增大硬質(zhì)相晶間表面積、增強晶粒間結(jié)合力,可使硬質(zhì)合金刀具材料的強度和耐磨性均得到提高。當WC晶粒尺寸減小到亞微米以下時,材料的硬度、韌性、強度、耐磨性等均可提高,達到完全致密化所需溫度也可降低。普通硬質(zhì)合金晶粒度為3~5μm,細晶粒硬質(zhì)合金晶粒度為l~1.5μm(微米級),超細晶粒硬質(zhì)合金晶粒度可達0.5μm以下(亞微米、納米級)。超細晶粒硬質(zhì)合金與成分相同的普通硬質(zhì)合金相比,硬度可提高2HRA以上,抗彎強度可提高600~800MPa。

常用的晶粒細化工藝方法主要有物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、等離子體沉積法、機械合金化法等。等徑側(cè)向擠壓法(ECAE)是一種很有發(fā)展前途的晶粒細化工藝方法。該方法是將粉體置于模具中,并沿某一與擠壓方向不同(也不相反)的方向擠出,且擠壓時的橫截面積不變。經(jīng)過ECAE工藝加工的粉體晶?擅黠@細化。

由于上述晶粒細化工藝方法仍不夠成熟,因此在硬質(zhì)合金燒結(jié)過程中納米晶粒容易瘋長成粗大晶粒,而晶粒普遍長大將導致材料強度下降,單個的粗大WC晶粒則常常是引起材料斷裂的重要因素。另一方面,細晶粒硬質(zhì)合金的價格較為昂貴,對其推廣應(yīng)用也起到一定制約作用。

(2) 涂層硬質(zhì)合金

在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上,通過CVD(化學氣相沉積)、PVD(物理氣相沉積)、HVOF(High Velocity Oxy-Fuel Thermal Spraying)等方法涂覆一層很薄的耐磨金屬化合物,可使基體的強韌性與涂層的耐磨性相結(jié)合而提高硬質(zhì)合金刀具的綜合性能。

涂層硬質(zhì)合金刀具具有良好的耐磨性和耐熱性,特別適合高速切削;由于其耐用度高、通用性好,用于小批量、多品種的柔性自動化加工時可有效減少換刀次數(shù),提高加工效率;涂層硬質(zhì)合金刀具抗月牙洼磨損能力強,刀具刃形和槽形穩(wěn)定,斷屑效果及其它切削性能可靠,有利于加工過程的自動控制;涂層硬質(zhì)合金刀具的基體經(jīng)過鈍化、精化處理后尺寸精度較高,可滿足自動化加工對換刀定位精度的要求。

上述特點決定了涂層硬質(zhì)合金刀具特別適用于FMS、CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))等自動化加工設(shè)備。但是,采用涂層方法仍未能根本解決硬質(zhì)合金基體材料韌性和抗沖擊性較差的問題。

(3) 表面、整體熱處理和循環(huán)熱處理

對強韌性較好的硬質(zhì)合金表面進行滲氮、滲硼等處理,可有效提高其表面耐磨性。對耐磨性較好但強韌性較差的硬質(zhì)合金進行整體熱處理,可改變材料中的粘結(jié)成分與結(jié)構(gòu),降低WC硬質(zhì)相的鄰接度,從而提高硬質(zhì)合金的強度和韌性。利用循環(huán)熱處理工藝緩解或消除晶界間的應(yīng)力,可全面提高硬質(zhì)合金材料的綜合性能。

(4) 添加稀有金屬

在硬質(zhì)合金材料中添加TaC、NbC等稀有金屬碳化物,可使添加物與原有硬質(zhì)相WC、TiC結(jié)合形成復(fù)雜固溶體結(jié)構(gòu),從而進一步強化硬質(zhì)相結(jié)構(gòu),同時可起到抑制硬質(zhì)相晶粒長大、增強組織均勻性等作用,對提高硬質(zhì)合金的綜合性能大有益處。在ISO標準的P、K、M類硬質(zhì)合金牌號中,均有這種添加了Ta(Nb)C的硬質(zhì)合金(尤以M類牌號中較多)。

(5) 添加稀土元素

在硬質(zhì)合金材料中添加少量釔等稀土元素,可有效提高材料的韌性和抗彎強度,耐磨性亦有所改善。這是因為稀土元素可強化硬質(zhì)相和粘結(jié)相,凈化晶界,并改善碳化物固溶體對粘結(jié)相的潤濕性。添加稀土元素的硬質(zhì)合金最適合粗加工牌號,亦可用于半精加工牌號。此外,該類硬質(zhì)合金在礦山工具、頂錘、拉絲模等硬質(zhì)合金工具中亦有廣闊應(yīng)用前景。我國稀土資源豐富,在硬質(zhì)合金中添加稀土元素的研究也具有較高水平。

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