涂層作為一個化學(xué)屏障和熱屏障,減少了刀具與工件間的擴散和化學(xué)反應(yīng),從而減少了月牙槽磨損。涂層硬質(zhì)合金刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性,切削時可比未涂層刀具提高刀具壽命3~5倍以上,提高切削速度20%~70%,提高加工精度0.5~1級,降低刀具消耗費用20%~50%。因此,涂層刀具已成為現(xiàn)代切削刀具的標(biāo)志,在刀具中的使用比例已超過50%。目前,切削加工中使用的各種刀具,包括車刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來提高它們的使用性能。
實踐證明,在韌性較好的硬質(zhì)合金表面沉積一層極薄的耐磨層,即涂層硬質(zhì)合金,它能較好地解決硬質(zhì)合金的耐磨性與韌性之間的矛盾。
根據(jù)硬質(zhì)合金涂層刀片的服役環(huán)境及失效分析可知,當(dāng)硬質(zhì)涂層與硬基體(鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金)結(jié)合時,在沖擊載荷作用下,由于基體的韌性較差,涂層中產(chǎn)生的裂紋容易向基體內(nèi)擴展,使刀片產(chǎn)生崩刃破損而失效。當(dāng)硬質(zhì)涂層與軟基體(鎢鈷類硬質(zhì)合金)結(jié)合時,在切削力的作用下,由于基體抗塑性變形的能力較差,涂層殼體容易產(chǎn)生破裂,引起涂層失效。
作為切削工具所采用的硬質(zhì)合金,其代表性材料有:A.WC-Co類(鎢鈷類)硬質(zhì)合金;B.WC-TiC(N)-Co類(鎢鈦鈷類)硬質(zhì)合金;C.在上述兩種材料表面涂覆了硬質(zhì)薄膜的涂層硬質(zhì)合金。
隨著數(shù)控機床的發(fā)展和難加工材料的出現(xiàn),傳統(tǒng)刀具已無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)對提高效率和降低成本的要求。涂層硬質(zhì)合金具有高硬度、優(yōu)良的耐磨性和較長的壽命,推動著數(shù)控刀具的快速發(fā)展。涂層硬質(zhì)合金材料主要包括涂層和硬質(zhì)合金基體兩部分。涂層的過程是物理化學(xué)反應(yīng)并生成薄膜的過程,基體的性能和表面狀態(tài)應(yīng)滿足涂層條件,涂層與合適的基體向配合才能實現(xiàn)預(yù)期的性能。
硬質(zhì)合金是由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。 硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下...
由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不...
涂層帶來的高表面硬度是提高壽命的最佳方式之一。一般而言,材料或表面的硬度越高,的壽命越長。氮碳化鈦(TiCN)涂層比氮化鈦(TiN)涂層具有更高的硬度。由于增加了含碳量,使TiCN涂層的硬度提高了33...
硬質(zhì)合金涂層基體一般應(yīng)滿足一下要求:
1.有良好的韌性和抗塑性變形能力;
2.有足夠高的硬度和強度,尤其是高溫硬度和強度;
3.化學(xué)成分應(yīng)與涂層材料相匹配,相互之間能粘結(jié)牢固;
4.在高的沉積溫度下不受損害;
5.熱膨脹系數(shù)與涂層材料相近;
6.有良好的導(dǎo)熱性。
在硬質(zhì)合金表面通過物理、化學(xué)、等離子體氣相沉積等方法涂覆單層或多層碳化物、氮化物、氧化物等難容硬質(zhì)合金化合物,可大幅度提高硬質(zhì)合金工具的性能和使用壽命。涂層硬質(zhì)合金具有很高的室溫和高溫硬度、良好的抗氧化性、抗月牙洼磨損性能、較小的摩擦系數(shù)、被加工件表面粗糙度低、工具使用壽命長等一系列優(yōu)點。因此,這類合金發(fā)展極其迅速,合金品種、產(chǎn)量不斷增加,應(yīng)用范圍不斷擴大。
涂層硬質(zhì)合金具有下述優(yōu)點:
涂層的硬度高(TiC-2800HV30, TiN-2100HV30),耐磨性好,能減少刀具前刀面上的月牙洼磨損和后刀面磨損,提高刀具耐用度。
涂層刀片比非涂層刀片的切削速度提高25%-30%,在相同切削速度下,刀片壽命可延長1-3倍。
可減少黏刀現(xiàn)象,不易生成積屑瘤。
刀片與工件之間的摩擦系數(shù)小,可降低切削力10%-15%。
同一涂層刀片可同時用于精車和半精車,能代替兩種不同牌號的非涂層刀片。
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硬質(zhì)合金的研究和應(yīng)用 The studies and applications of cemented carbide 作者:何梓秋 機械類創(chuàng)新實驗班 3112010441 內(nèi)容摘要:硬質(zhì)合金由于具有高硬度,高抗壓強度,高熱硬性以及高耐磨性,高 耐腐蝕性,常用于制造切削工具和耐磨零部件。廣泛應(yīng)用于軍工、航天航空、機 械加工、冶金等領(lǐng)域。本文將通過新型硬質(zhì)合金的研發(fā)和硬質(zhì)合金制造工藝的進(jìn) 步兩條路徑對硬質(zhì)合金的研究進(jìn)行介紹。 再結(jié)合各種硬質(zhì)合金的特性, 介紹其具 體的應(yīng)用。 Abstract :Because cemented carbide has high hardness ,high compressive strength ,high abrasive resistance and high corrosion resistance , it is always used
硬質(zhì)合金涂層的優(yōu)點: 涂層硬質(zhì)合金刀片一般均制成可轉(zhuǎn)位的式樣。用機夾方法裝卡在刀桿或刀體上使用。它具有以下優(yōu)點:
1)由于表層的涂層材料具有極高的硬度和耐磨性,故與未涂層硬質(zhì)合金相比,涂層硬質(zhì)合金允許采用較高的切削速度,從而提高了加工效率;或能在同樣的切削速度下大幅度地提高刀具耐用度。
2)由于涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小,故與未涂層刀片相比,涂層刀片的切削力有一定降低。
3)涂層刀片加工時,已加工表面質(zhì)量較好。
4)由于綜合性能好,涂層刀片有較好的通用性。一種涂層牌號的刀片有較寬的適用范圍。
這是現(xiàn)代硬質(zhì)合金研制技術(shù)的重要進(jìn)展。1969年,西德克虜伯公司和瑞典山特維克公司研制的TiC涂層硬質(zhì)合金刀片初次投入市 場。1970年后,美國、日本和其他國家也都開始生產(chǎn)這種刀片。三十余年來,涂層技術(shù)有了很大的進(jìn)展。涂層硬質(zhì)合金刀片由第一代、第二代已發(fā)展到第三代、第四代產(chǎn)品。
硬質(zhì)合金涂層最常用的方法是高溫化學(xué)氣相沉積法(簡稱HTCVD法),是在常壓或負(fù)壓的沉積系統(tǒng)中,將純凈的H2、CH4、N2、TiCl4、 AlCl3、CO2等氣體或蒸氣,按沉積物的成分,將其中的有關(guān)氣體,按一定配比均勻混合,依次涂到一定溫度(一般為1000℃~1050℃)的硬質(zhì)合金 刀片表面,即在刀片表面沉積TiC、TiN、Ti(C,N)或Al2O3或它們的復(fù)合涂層。反應(yīng)方程式概括如下:TiCl4 CH4 H2TiC 4HCl H2TiCl4 ?N2 2H2TiN 4HClTiCl4 CH4 ?N2 H2→Ti(CN) 4HCl H22A1Cl3 3CO2 3H2→Al2O3 3CO 6HCl用PCVD(等離子體化學(xué)氣相沉積)法在硬質(zhì)合金刀片表面進(jìn)行涂層也得到應(yīng)用,因涂層工藝溫度較低(700°~800°),故刀片的抗彎強度降低的幅度較小,對銑刀片比較適宜。
涂層前,基體刀片表面須凈化,切削刃部位應(yīng)鈍化。涂層后,因涂層材料與基休材料的線膨脹系數(shù)存在差異,故涂層刀片表面不可避免地產(chǎn)生殘余張應(yīng)力而使刀片抗彎強度降低。通常用TiC薄層先涂在基體表面上,因TiC的線膨脹系數(shù)與基體材料最接近;外面再涂TiN、Al2O3等。過去,單涂層材料均用 TiC,雙層涂層材料多用TiC/TiN、TiC/Al2O3等,三層涂層材料多用TiC/Ti(C,N)/TiN、Tic/Al2O3/TiN等。近 年,隨著基體材料的改進(jìn),涂層材料也有用TiN墊底的,即TiN/TiC/TiN等涂層材料還有HfN、MoS2等。2100433B