硬质合金刀具材料的分类与发展方向.docVIP

硬质合金刀具材料的分类与发展方向 摘要：涂层刀具有较高的抗氧化性能和粘结性能，因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨损的能力；有低的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而提高刀具的耐用度。 关键词：TiN、TiC、TiCN、TiAlN、Al2O3、金刚石涂层。 Category and Developing directions of Cemented Carbide Tool Material Abstract:Coated cutting tool has high antioxidant properties and adhesive properties, Thus it has high wear resistance and resistance to the crater wear ability.They also have a low coefficient of friction, can reduce the cutting force and cutting temperature, thereby enhancing the durability of the cutter. Key words:TiN, TiC, TiCN, TiAlN, Al2O3, diamond coating. 1 引言 涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。目前，切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。美国Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂层，是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。德国某公司开发了Supernitride涂层系列，其中超级氮化钛涂层有很高的含铝量，可形成稳定的氧化层(氧化温度达1000)，它比一般的TiAlN涂层更硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高达58HRC以上的淬火钢。 2.1TiN涂层材料 目前，工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料是 TiN， 工业发达国家 TiN 涂层高速钢刀具的使用率已占高速钢刀具的 50%~70%，不重磨复杂刀具的使用率已超过 90%。 但 TiN 与基体结合强度不及 TiC 涂层，涂层易剥落，且硬度也不如 TiC 高，在切削温度较高时膜层易氧化而被烧蚀。TiN涂层刀片的硬度为2000 HV，呈金黄色，色泽美观，润滑性能好，具有硬度高、韧性好、结合强度高、摩擦因数小和化学性能稳定，有较高的抗月牙洼型的磨损能力，但是切削刀具存在高温抗氧化性不足,硬度不够高，与基体粘结牢固程度较差等缺点。 2.2TiC涂层材料 TiC涂层刀片的硬度可达3200HV，呈银灰色，耐磨性好，容易扩散到基体内与基体粘结牢固，在低速切削温度下有较高的耐磨性，具有较好的综合性能,并且硬度比TiN更高。但其性脆，不耐冲击。 2.3TiCN涂层材料 TiCN兼有TiC和TiN两种材料的优点，它在涂覆过程中可通过连续改变C、N的成份控制TiCN性质， 并可形成不同成份的多层结构，降低涂层的内应力，提高韧性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃【3】。它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好，与TiN相比有更好的抗粘着磨损和抗磨粒磨损性能、更低的摩擦因数,可以进一步提高切削刀具的生产效率和使用寿命。TiCN基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，用它加工工件时的材料切除率可提高2～3倍。 2.4Al2O3涂层材料 Al2O3涂层刀片的硬度可达3000HV，有较高的高温硬度和化学稳定性，适用于高速切削。Al2O3具有优良的隔热效果和低摩擦特性，可减少涂层组织的损耗，达到综合利用各种涂层成分的优点，使刀具获得更好的综合性能。 2.5TiAlN涂层材料 TiAlN是近几年来开发的硬质涂层新材料，已经实现商品化，它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好，用其加工高合金钢、不锈钢、钛合金和镍合金时的刀具寿命可比TiN涂层高3～4倍。可更有效地用于高速切削。如德国CemeCon公司开发了Supernitride涂层系列，其中超级氮铝钛涂层有很高的含铝量，可形成稳定的氧化层(氧化温度达1000℃)，它比一般的TiAlN涂层更硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工HRC硬度高达58以上的淬火钢。TiAlN是一种较好的能高速干式切削的涂层。TiAlN抗氧化温度高,这种含铝的涂层,在切削时会生成Al2O3膜,具有较好的抗氧化性能，可改善刀具与工件、切屑的摩擦,减少热量的产生【1】。TiAlN在高温时比TiN更硬,且具有热稳定性。TiAlN涂层的导热系数也低于TiN等涂层