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        高新技術企業20多項新型專利

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        硬質合金刀具材料的研究現狀與前景

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        瀏覽:- 發布日期:2019-03-02 17:12:59【

        1引言

         

        傳統wc基硬質合金刀具是目前市場上應用量最多的刀具。我國鎢資源較為豐富,鈷資源卻極其稀少,如圖1所示,鈷資源對進口依賴性很高,使硬質合金的發展受限。同時,Co 元素對人體健康有害,因此減少Co的使用,開發無粘結相硬質合金刀具具有實際意義。隨著難加工材料的應用越來越多,一些新型材料對刀具性能要求的提高,傳統硬質合金刀具已不能滿足部分材料加工要求。

        無粘結相wc基硬質合金是指不含或含少量金屬粘結劑( <0. 5% ,質量分數)的硬質合金材料,也可稱為WC基的金屬陶瓷材料,是近年來興起和發展的材料,具有優異的耐腐蝕性、抗氧化性、耐磨性及紅硬性[3,4]。目前在機械加工刀具、礦山開采器械、模具和耐磨件等領域已有運用。但由于缺少粘結相,無粘結相刀具材料難以致密化,韌性過低的不足限制了其發展,特別是在刀具方面的應用。本文對國內外關于無粘結相硬質合金刀具的研究成果進行綜述,闡述當前無粘結相硬質合金刀具運用和發展的困難和問題,并對未來無粘結相硬質合金刀具的發展做出合理的推測。

         

        2、常用難加工材料加工刀具

        隨著科技的發展,鈦合金、高溫合金、超強度鋼以及復合材料等難加工材料在航天航空、采礦、兵器等工業的應用越來越廣,但這些難加工材料存在切削力大、切削溫度高、刀具磨損嚴重等問題,一直都是切削加工的難題。

        (1)
        傳統硬質合金刀具


        全球鎢鋼資源分布


        傳統硬質合金刀具主要包括YT(鎢鈷鈦合金)類、yWV(鎢鉆鈦租合金)類、yG鎢鈷合金)類,硬度在S5RA以上,抗彎強度、沖擊韌性較好,可承受850100高溫,具有優越的綜合性能,在切削加工中得到廣泛應用,是目前應用最廣泛的刀具。但粘結相(鐵族金屬)化學性質活潑,易腐蝕和氧化,且不耐高溫。因此,在一- 些加工溫度高、化學性質活潑的難加工材料加工中,如鈦合金加工,刀具易發生溶解擴散磨損、粘接磨損和氧化磨損等,大大縮短了刀具使用壽命,同時影響材料表面加工質量[6]

         

         (2)涂層硬質合金刀具

         

        涂層硬質合金刀具是通過化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)等方法,在硬質合金刀具基體上覆蓋一層高硬度材料。涂層硬質合金刀具比傳統硬質合金刀具擁有更高的表面硬度。因此加工高硬度難加工材料時,具有更好的切削性能,在一定程度上改普了傳統硬質合全力其任能,延權了刀具使用壽命,但涂層常損后,修線困難,服年較高,不適宜在大規模常用件的加工中使用。

        (3)
        陶瓷刀具

         

        陶瓷刀具興起于20世紀80年代,比傳統硬質合金刀具擁有更高的硬度、紅硬性及耐磨性,且化學性質穩定,不與工件材料反應,但其韌性不足。在加工塑性較高的材料(如含碳量較低的鋼材和塑料)時,具有良好的切削性能和使用壽命,因此在加工塑性材料中得到廣泛應用。然而,陶瓷刀具在加工硬脆的難加工材料時,刀具承受沖擊大,易發生崩刃破壞,大大縮短刀具使用壽命。

         

         (4)金剛石刀具及立方氮化硼刀具

         

        金剛石刀具( PCB)材料在目前已知刀具材料中硬度最高,同時具有高的導熱性和彈性模量,低的膨脹系數和摩擦系數。因碳元素易與鐵元素發生反應,因此,金剛石刀具無法加工鐵及其合金材料,但對鋁合金材料具有良好的切削性能,切削速度可達2500 - 5000m/ min。立方氮化硼( CBN)刀具興起于20世紀50年代,硬度稍次于金剛石刀具。立方氮化硼刀具具有高的紅硬性、導熱性且化學性質穩定,切削性能明顯優于傳統硬質合金材料,適宜于精密的小批量難加工材料的加工。但立方氮化硼刀具價格昂貴,亦不適合大規模加工使用。

        (5)
        無粘結相硬質合金刀具


        無粘結相硬質合金刀具比傳統硬質合金刀具擁有更高的硬度和紅硬性,更優異的耐腐蝕性抗氧化性耐磨性,比陶瓷刀具具有更好的韌性,力學性能介于傳統硬質合金刀具和陶瓷刀具之間(各種刀具材料性能對比見圖2),在加工一些發熱量大、硬度高的難加工金屬材料(如鈦合金)時,具有更好的切削性能和更長的刀具使用壽命。
        刀具材料性價比

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