《金屬切削原理》[刀具材料]

1、1/ 6第二章刀具材料第一節(jié)刀具材料應(yīng)具備的性能刀具的工作條件：高壓、高溫、強烈摩擦、振動、沖擊、熱沖擊一、刀具材料應(yīng)具備的性能1、高硬度和耐磨性硬度62HRC耐磨性與硬度、化學(xué)成分、強度、顯微組織、摩擦區(qū)溫度有關(guān)2、足夠的強度和韌性動靜載荷下變形小、不崩刃折斷3、高耐熱性高溫下保持耐磨性、硬度、化學(xué)成分、強度、韌性的能力高溫硬度表示）一般以高溫硬度表示4、良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能導(dǎo)熱系數(shù)熱膨脹系數(shù)5、良好的工藝性6、經(jīng)濟(jì)性二、刀具材料的分類工具鋼碳素工具鋼合金工具鋼咼速鋼 硬質(zhì)合金陶瓷超硬材料人造金剛石立方氮化硼第二節(jié)工具鋼一、碳素工具鋼0.651.35%的優(yōu)質(zhì)高碳鋼T8A T10A

2、T12A工藝性好 可熱處理耐磨性好 淬火硬度可達(dá)HRC564價格低耐熱性差250300E硬度下降馬氏體分解）碳化物分布不均勻淬火變形大 淬透性差v 510m/mi n銼刀、絲錐、鋸條、板牙等低速手動工具二、合金工具鋼高碳鋼中加入合金元素Si、Cr、W Mn V總量不超過35%9SiCr CrWM n CrMn CrW5 9Mn2V提高韌性、耐磨性、耐熱性耐熱性325400Ev1015m/min絲錐、板牙、鉸刀、搓絲板等低速機用工具三、高速鋼白鋼、鋒鋼、風(fēng)鋼）含有較多合金元素W Cr、Mo V等）的高合金工具鋼HRC667含碳量T7A不同切削村料的對比2/ 6500650C強度高工藝性好高性能H

3、SS高耐熱性HSS高碳HSS 9W6Mo5Cr4V2提高耐熱、耐磨）高釩HSS W6Mo5Cr4V3鈷HSSW2Mo9Cr4VCo8超硬HSS鋁HSSW6Mo5Cr4V2Al粉末冶金HSS可加大含碳量、細(xì)小均勻結(jié)晶組織、磨加工性好、物理力學(xué)性能高度各向同性、減小淬火變形、碳化物不易剝落）四、合金元素的作用W Fe、Cr、V與C形成化合物提高耐磨性W溶于基體，增加高溫硬度Mo作用同W%Mo= 2%W并可細(xì)化碳化物，提高韌性Co Al、Si、NbB）提高高溫硬度V提高耐磨性不宜超過3%）第三節(jié) 硬質(zhì)合金一、組成及特點1、 組成高硬度、高熔點的重金屬碳化物WC TiC、TaC鉭、NbC鈮）粉末和金屬

4、結(jié)合劑Co Ni）粉末冶金而成2、 特點高硬度HRA8991強度韌性低高耐熱性8001000C熱穩(wěn)定性好v是HSS的410倍二、影響硬質(zhì)合金性能的因素金屬碳化物的種類、性能、數(shù)量、粒度、結(jié)合劑數(shù)量1、種類和性能硬度TiCWO TaC熔點TaO TiCWC強度WCTiCTaC導(dǎo)熱WCTiCTaC2、數(shù)量、粒度、結(jié)合劑數(shù)量碳化物T-硬度T強度J結(jié)合劑T-硬度J強度T粒度結(jié)合劑層厚度硬度T強度J3、碳化物分布均勻防止熱應(yīng)力和機械沖擊產(chǎn)生裂紋TaS碳化物顆粒細(xì)化分布均勻三、種類及牌號1、WCS類常用）1）鎢鈷類WCCoYG數(shù)字為Co含量YG3 YG6 YG83/ 6硬度J強度T2）鎢鈦鈷類WCTiCC

5、oYT數(shù)字為TiC含量YT5 YT15 YT30硬度T強度J3）鎢鈷鉭鈮）類WCTaCNb）CCoYGAYG6A4）鎢鈦鈷鉭鈮）類WCTiCTaCYG強度韌性丫YT硬度細(xì)晶粒粗晶粒強度細(xì)晶粒V粗晶粒含TaCvNbC硬度T強度T2、導(dǎo)熱系數(shù)YGYT TiC）YG Cot-導(dǎo)熱系數(shù)JYT:TiCT-導(dǎo)熱系數(shù)J3、線膨脹系數(shù)YTYGTiCT-線膨脹系數(shù)T4、抗粘結(jié)性YTYG五、硬質(zhì)合金的選用P26表24）第四節(jié) 涂層刀具一、材料4/ 6TiC灰）：硬度高、耐磨性好、線膨脹系數(shù)與基體相近，粘結(jié)牢固TiNv金）：硬度稍低、結(jié)合稍差、摩擦系數(shù)小、抗粘結(jié)磨損人1203亮白）：類剛玉結(jié)構(gòu)，高硬度，高耐磨，高溫

6、穩(wěn)定TiAINv灰藍(lán)）：Al含量小于50%，高溫Al滲出，形成耐高溫氧化膜AITiNv灰藍(lán)）：AI含量超過50%丁環(huán)灰藍(lán)）：金剛石暗灰）：高硬度，高耐磨，高溫不穩(wěn)定MoS2黑灰）：高耐熱性，極低摩擦系數(shù)WC/C深灰）：中耐熱性，極低摩擦系數(shù)AICrN:良好的抗氧化性和熱硬度 目前商業(yè)應(yīng)用的還有TiB2、CrSiN、ZrN、CrN、TiAICN、TiN-AIN、CNx和NbN等材料 二、分類1層數(shù)分類單涂層多涂層2、 厚度分類微M級涂層納M級涂層3、 材料性質(zhì)分類硬涂層：在韌性較好的刀具材料上涂敷高性能的難熔金屬化合物，改善材料性能軟涂層：主要成分為具有低摩擦系數(shù)的固體潤滑材料，如：MoS2 W

7、C/C WS2 BN CaF2和TaS2等。用于對刀具摩擦有非常高要求的加工，軟涂層形成固體潤滑膜，從而使刀具材料 具有很低的摩擦系數(shù)，一般在硬涂層表面上以第二涂層的方式沉積。特點：摩擦系數(shù)低、承載極限高、高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好、物性變化小、能適應(yīng)1200C以上的工作溫度范圍和很寬的摩擦副運動速度范圍，適于在高溫、高速和大載荷等特殊環(huán)境條件 下使用。機理：因為具有層狀結(jié)構(gòu)的固體潤滑劑與摩擦表面具有較強的粘結(jié)能力，并且各層之間有較 低的剪切強度，在切削過程中，存在于刀具表面的固體潤滑膜會轉(zhuǎn)移到工件材料表面，形成 轉(zhuǎn)移膜，使切削過程中摩擦發(fā)生在轉(zhuǎn)移膜和潤滑膜之間，在固體潤滑膜內(nèi)部，從而可達(dá)到減 小摩擦

8、、阻止粘結(jié)、降低切削力和切削溫度、減小刀具磨損的目的。三、涂層工藝工藝岀現(xiàn)時間用途CVDHT-CVD 高溫化學(xué)氣相沉積）上世紀(jì)六十年代TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、AI2O3 等單層及多元多層復(fù)合涂層， 其涂層與基體結(jié)合強度高，薄膜厚度可達(dá) 79 卩 mPCVD 低溫化學(xué)氣相沉積）450C650C上世紀(jì)八十 年代末TiN、TiCN、TiC 等涂層MT-CVD 中溫化學(xué)氣相沉積）上世紀(jì)九十 年代中期可獲得致密纖維狀結(jié)晶形態(tài)的涂層，涂層厚度可達(dá)810 卩 m 這種涂層結(jié)構(gòu)具有極高的耐磨損性、抗熱震性及韌性。適合于高速、高 溫、大負(fù)荷、干式切削條件下使用。PVDPVD 物理氣相沉積）

9、500C以下上世紀(jì)七十 年代末可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。上世紀(jì)九十 年代中期硬質(zhì)合金刀具 PVD 涂層技術(shù)已取得了突破工藝對比CVDX藝PVD 工藝5/ 6溫度工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強度的下降PVD 工藝處理溫度低，在 600C以下對刀具材料的抗彎強度沒 有影響應(yīng)力薄膜內(nèi)部為拉應(yīng)力狀態(tài)，使用中易導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生薄膜內(nèi)部為壓應(yīng)力，更適合于硬質(zhì)合金精密復(fù)雜類刀具的涂 層污染排放的廢氣、廢液會造成工業(yè)污染，對環(huán)境影響較大對環(huán)境沒有不利影響1、化學(xué)氣相沉積VCVD工藝溫度高，對刀具材料有影響，常用于整體硬質(zhì)合金刀具涂層。不適合釬焊的硬質(zhì)合金刀片和高速鋼刀具，因為過高的沉積溫

10、度（1400?F會損壞釬焊 的硬質(zhì)合金刀片和高速鋼刀具。高溫CVD低溫CVD中溫CVD2、物理氣相沉積PVD工藝溫度低，可用于HSS刀具涂層 真空濺射512卩m單涂層雙涂層三涂層四、性能刀具不能重磨、焊接。金剛石涂層刀具在加工非金屬復(fù)合材料和塑料時，刀具壽命可比不涂 層的硬質(zhì)合金刀具提高1020倍或更高。通過去除刀具表面的鉆粘結(jié)劑，留下的顯微孔隙 成為金剛石涂層生長的支撐點第五節(jié)其它材料一、 陶瓷1、特點:高硬度，高耐磨性 高化學(xué)穩(wěn)定性 低摩擦系數(shù) 高耐熱性抗熱沖擊性差，強度韌性低2、分類：1）、高純氧化鋁陶瓷AI2O3+微量添加劑冷壓燒結(jié)2）、復(fù)合氧化鋁陶瓷AI2O3+TiC+NivMo）熱壓200E時HRA80惰性大用于精加工半精加工3）、復(fù)合氮化硅陶瓷Si3N4+TiC+Co熱壓加工冷硬鑄鐵、淬硬鋼二、