硬质合金刀具材料基础知识 文章来源：中国刀具信息网添加人：阿刀 硬质合金是使用最广泛的一类高速加工（HSM）刀具材料，此类材料是通过粉末冶金工艺生产的，由硬质碳化物（通常为碳化钨WC）颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前，有数百种不同成分的WC基硬质合金，它们中大部分都采用钴（Co）作为结合剂，镍（Ni）和铬（Cr）也是常用的结合剂元素，另外还可以添加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金牌号？刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料？为了回答这些问题，首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。 硬度与韧性 WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。碳化钨（WC）本身具有很高的硬度（超过刚玉或氧化铝），而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。但是，它缺乏足够的韧性，而这对于切削刀具是必不可少的性能。为了利用碳化钨的高硬度，并改善其韧性，人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起，从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度，同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。此外，它还能承受高速加工所产生的切削高温。 如今，几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层，因此，基体材料的作用似乎显得不太重要了。但实际上，正是WC-Co材料的高弹性系数（衡量刚度的指标，WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍）为涂层提供了不变形的基底。WC-Co基体还能提供所需要的韧性。这些性能都是WC-Co材料的基本特性，但也可以在生产硬质合金粉体时，通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。因此，刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。 制粉工艺 碳化钨粉是通过对钨（W）粉进行渗碳处理而获得的。碳化钨粉的特性（尤其是其粒度）主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。化学控制也至关重要，碳含量必须保持恒定（接近重量比为6.13％的理论配比值）。为了通过后续工序来控制粉体粒度，可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合，通过这些组合的变化，可以产生各种不同的碳化钨粉。例如，碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉，而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。 在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时，可以采用各种不同的组合方式。最常用的钴含量为3%－25%（重量比），而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下，则需要加入镍和铬。此外，还可以通过添加其他合金成分，进一步改良金属结合剂。例如，在
硬质合金刀具的涂层技术 [ 摘要]切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来 的材料表面改性技术。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命, 使刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率。主 要介绍涂层硬质合金刀具涂层材料的特点、要求，涂层制备技术，分 析化学气相沉积法（CVD）、物理气相沉积法（PVD)，单、复合涂层 制备方法及优缺点。 [关键字] 硬质合金涂层刀具;化学气相沉积法;物理气相沉积法; 现状及发展 引言 现代化的金属切削加工要求刀具具有高切削速度、高进给速度、 高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。因此, 高水平、稳 定的刀具涂层技术越来越受到机械加工企业的青睐。。涂层技术是提 高切削效率, 降低加工成本的有效途径。刀具基体与硬质薄膜表层相 结合, 由于基体保持了良好的韧性和较高的强度, 硬质薄膜表层又 具有高耐磨性和低摩擦因数, 从而使刀具的性能显著提高, 而且, 随着涂层技术设备的日趋集成化、模块化和智能化, 涂层费用已比初 期下降1/2~ 2/3, 涂层刀具在刀具总量中所占的比例将会越来越大。 表面涂层硬质合金在基体硬质合金上, 用（CVD）化学气相沉积, 或（PVD）物理气相沉积等方法, 涂覆耐磨的TiC、TiN、Al2O3等薄 层, 形成表面涂层硬质合金。涂层硬质合金刀片均为可转位形式, 刚
机夹方法装夹在刀杆或刀体上使用。具有以下优点: 1) 表面涂层材 料具有很高的硬度和耐磨性, 故与未涂层刀片相比, 涂层硬质合金 可采用较高的切削速度, 或能在同样的切削速度下大幅度地提高刀 具耐用度。2)涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小, 故切削力有一定减小, 比未涂层刀片约降低 5%左右。润滑薄膜具有良好的固 相润滑性能, 可有效地改善加工质量, 也适合于干式切削加工。3) 用涂层刀片加工, 已加工表面质量较好。 4) 涂层技术作为刀具制造的最终工序, 对刀具精度几乎没有影响, 并可进行重复涂层工艺。5)由于综合性能好, 涂层刀片有较好的通用性。一种牌号的刀片经常有较宽的适用范围。涂层切削刀具所带来的益处: 可大幅度提高切削刀具寿命; 有效地提高切削加工效率; 明显提高被加工工件的表面质量; 有效地减少刀具材料的消耗,降低加工成本; 减少冷却液的使用, 降低成本, 利于环境保护。 1 涂层材料的发展现状与趋势 1.1 涂层材料的特点 涂层的特点是涂层薄膜与刀具基体相结合, 提高刀具的耐磨性 而不降低基体的韧性, 从而降低刀具与工件的摩擦因数, 延长刀具 的使用寿命。此外, 由于涂层自身的热传导系数比刀具基体和加工材料低得多, 可以有效减少摩擦所产生的热量, 形成热屏蔽, 改变热 量的散失途经, 从而降低刀具与工件、刀具与切屑之间的热冲击和力冲击, 有效地改善了刀具的使用性能。 刀具涂层所起的作用表现为: 1) 在刀具与被切削材料之间形成
●硬质合金车刀合理前角、后角的参考值 (1)前角的选择 增大前角，可减小切削变形，从而减小切削力、切削热，降低切削功率的消耗，还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高加工质量。但增大前角，会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低，容易造成崩刃，还会使刀头的散热面积和容热体积减小，使切削区局部温度上升，易造成刀具的磨损，刀具耐用度下降。 选择合理的前角时，在刀具强度允许的情况下，应尽可能取较大的值，具体选择原则如下： 1)加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和和切削温度，应选较大的前角，加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。工件的强度低，硬度低，应选较大的前角，反之，应取较小的前角。用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时，应取负前角。 2)刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较高时，应取较大的前角。如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的韧性差，其前角应更小。 3)粗加工、断续切削时，为提高切削刃的强度，应选用较小的前角。精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选用较大的前角。当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时，应取较大的前角。对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具，为了保证工作的稳定性和刀具耐用度，应选较小的前角或零度前角。 (2)后角的选择 增大后角，可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦，减小磨损，还可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，改善表面加工质量。但后角过大，将削弱切削刃的强度，减小散热体积使散热条件恶化，降低刀具耐用度。实验证明，合理的后角主要取决于切削厚度。其选择原则如下： 1)工件的强度、硬度较高时，为增加切削刃的强度，应选较小后角。工件材料的塑性、韧性较大时，为减小刀具后刀面的摩擦，可取较大的后角。加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，应取较小的后角。 2)粗加工或断续切削时，为了强化切削刃，应选较小的后角。精加工或连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。 3)当工艺系统刚性较差，容易出现振动时，应适当减小后角。在一般条件下，为了提高刀具耐用度，可增大后角，但为了降低重磨费用，对重磨刀具可适当减小后角。 为了使制造、刃磨方便，一般副后角等于主后角。下表1给出了硬质合金车刀合理后角的参考值。 表1 硬质合金车刀合理前角、后角的参考值
刀具涂层有哪些 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方 法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物（也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼 等超硬材料刀片上）而制备的。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩 散和化学反应，从而减少了基体的磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳 定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具寿命提高3~5倍 以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。 现状 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%。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。 类别 涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料（金刚 石或立方氮化硼）刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀 片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度（可提高10%以 上），可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。 新型涂层技术
Ti-Al-X-N新型涂层技术是利用气相沉积方法在高强度工具基体表面涂覆几微米高硬度、高耐磨性难熔Ti-Al-X-N涂层，从而达到减少刀具磨损，延长寿命，提高切削速度的目的。它是高档数控机床与基础制造装备国家重大专项课题取得的重要成果。 涂层方法 生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积（PVD) 法和化学气相沉积（CVD) 法。前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5μm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10μm，并且设备简单，涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层（η相），导致刀片脆性破裂。 近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD 相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法（等离子体化学气相沉积法）。即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下（涂覆温度已可降至180℃~200℃），使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼（CBN）超硬涂层特别有效。涂层材料 涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。所以硬质涂层材料已由最初只能涂单一的TiC、TiN、Al2O3，进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。新开发的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多层涂层与TiC、TiN、Al2O3等涂层的复合，加上新型的抗塑性变形基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体
焊接刀、焊接刀片：A1型：A116、A118、A120、A122、A125、A130、A136、A140等 A2型：A216 A220 A225等 A3型：A315 A320 A325 A330 A340等 A4型：A416 A420 A425 A430等 B2型：B214 B216 B220 B225等 C1型：C116 C120 C122 C125等 C3型：C304 C305 C306 C308 C310 C312 C316等 C4型：420 C425 C430 C435等 D2型：D216 D220 D224 D226 D228 D230等 E3型：E325 E330等 F2型：F216 F216A F220 F230 F230A等 机夹刀片主要型号： 3A型：31305A 31605A等 3C型：31303C 31603C等 3D型：31303D 31603D 31903D等 3V型：31305V 31310V 31320V 31605V 31610V 31620V等 C-H型：C1610H6 C1610H6Z C1910H6 C1910H6Z等 T3A型：T31305A T31605A T31905A等 T3F型：T31305F T31605F T31905F等 T3V型：T31305V T31310V T31605V T31610V T31910V等 4A型：41305A 41315A 41605A 41905A等 4F型：41305F 41605F 41905F等 4H型：41305H 41605H 41905H 41910H 42210H8 42510H8等 4V型：41305V 41310V 41605V 41610V 41620V等 铣刀片主要型号： 3-0型：313100 316100等 3-8型：313058 313108等 3-11型：3100511 3130511 3131011等 4-0型：413050 413100 416050 416100 419100 419200等 4-8型413058 416058 416108 416158 419108等 4-11型：4130511 4131011 4160511 4161011 4161511 4191011等 G3-0型：G307050 G310050 G313050 G316050等
第４１卷 第３期中 国 激 光 Ｖ ｏｌ．４１，Ｎｏ．３２０１４年３月 ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＡＳＥＲＳ Ｍａｒｃｈ，２ ０１４退火对激光熔覆ＦｅＣｒＮｉＣｏＭｎ高熵合金涂层 组织与性能的影响 翁子清１，２ 董 刚１，２ 张群莉１，２ 郭士锐１，２ 姚建华 １，２ １浙江工业大学激光加工技术工程研究中心，浙江杭州３１００１４ ２ 浙江省高端激光装备协同创新中心，浙江杭州（ ） ３１００１４ 摘要 采用激光熔覆的方法在４５＃钢基体上制备了表面形貌良好的ＦｅＣｒＮｉＣｏＭｎ高熵合金涂层，为了研究该高熵合金涂层的抗高温软化性能，分别在５５０℃、７００℃、９００℃、１０００℃、１１６０℃下对涂层进行了２ｈ的退火实验。用扫描电镜（ＳＥＭ）、Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）和显微硬度计分别研究了涂层退火前后的微观形貌、相结构及显微硬度的变化。结果表明，熔覆态涂层组织为柱状树枝晶结构，主要由面心立方固溶体（ＦＣＣ）和少量体心立方固溶体（ＢＣＣ）构成，其平均显微硬度为５４０ＨＶ０．２。５５０℃、７００℃、９００℃退火后涂层的组织长大不明显，９００℃退火后涂层ＢＣＣ固溶体相衍射峰变得非常明显，１０００℃和１１６０℃退火后组织逐渐长大，相转变为单一的ＦＣＣ结构。合金涂层经过不同温度退火后，显微硬度呈现先增大后减小的趋势，在９００℃退火后，涂层硬度最高为６６５ＨＶ０．２，说明该合金涂层在低于９００℃时具有良好的抗高温软化性能。 关键词 激光技术；激光熔覆；高熵合金涂层；退火；显微硬度 中图分类号 ＴＧ１４６．４；ＴＧ１５６．２ 文献标识码 Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２０１４４１． ０３０３００２ 收稿日期： ２０１３－０８－１４；收到修改稿日期：２０１３－０９－１３基金项目：浙江省自然科学基金青年基金（ＬＱ１３Ｅ０５００１２ ）作者简介：翁子清（１９８９—），男，硕士研究生，主要从事激光熔覆方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｎｇｚｉｑｉｎｇ１２８＠１６３．ｃｏｍ导师简介：姚建华（１９６５—），男，教授，博士生导师，主要从事激光加工技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｓｅｒ＠ｚｊ ｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ（通信联系人）Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＦｅＣｒＮｉＣｏＭｎＨｉｇｈ－Ｅｎｔｒｏｐｙ Ａｌｌｏｙ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｌａｓｅｒ ＣｌａｄｄｉｎｇＷｅｎｇ Ｚｉｑｉｎｇ１，２ Ｄｏｎｇ Ｇａｎｇ１，２ Ｚｈａｎｇ Ｑｕｎｌｉ １，２ Ｇｕｏ Ｓｈｉｒｕｉ １，２ Ｙａｏ Ｊｉａｎｈｕａ１， ２ １ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１００１４，Ｃｈｉｎａ２ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｅｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１００１４，烄 烆烌 烎ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ＦｅＣｒＮｉＣｏＭｎ ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ａｌｌｏｙ ｃｏａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｎｉｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｉｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｏｎ ４５＃ｓｔｅｅｌ ｂｙｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ，ｔｈｅａｎｎｅａｌｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ ａｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ａｔ ５５０℃，７００℃，９００℃，１０００℃，１１６０℃ｆｏｒ ２ ｈ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｈａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｎｎｅａｌｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐ ｅｒａｔｕｒｅｓ ａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ａｎｄ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔｅｒ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ａｆｔｅｒ ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｎｄｒｉｔｅｓ ａｎｄｅｘｈｉｂｉｔｓ ｓｉｍｐｌｅ ｆａｃｅ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ（ＦＣＣ）ａｎｄ ｍｉｎｏｒ ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ（ＢＣＣ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｈａｓｅｓ ｗｉｔｈ ａｖｅｒａｇｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ５４０ＨＶ０．２．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｇｒｏｗｓ ｕｐ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ａｆｔｅｒ ｂｅｉｎｇ ａｎｎｅａｌｅｄ ａｔ ５５０℃，７００℃ａｎｄ ９００℃．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｆｏｒｍｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｍｏｒｅ ＢＣＣ ｐｈａｓｅ ｗｈｅｎ ａｎｎｅａｌｓ ａｔ ９００℃．Ｗｈｉｌｅ ａｔ １０００℃ａｎｄ １１６０℃，ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｒｏｗｓ ｕｐ ｇｒａｄｕａｌｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ ｉｎｔｏ ｓｉｎｇｌｅ ＦＣＣ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｓ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ＦｅＣｒＮｉＣｏＭｎ ｃｌａｄｄｅｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｎｄｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｓ ６６５ＨＶ０．２ａｆｔｅｒ ｂｅｉｎｇ ａｎｎｅａｌｅｄ ａｔ ９００℃．Ｉｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅＦｅＣｒＮｉＣｏＭｎ ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ｃｏａｔｉｎｇ ａｆｔｅｒ ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｎｉｃｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｌｏｗ９００℃．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ；ｈｉｇｈ－ｅｎｔｒｏｐｙ ａｌｌｏｙ ｃｏａｔｉｎｇ；ａｎｎｅａｌｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓＯＣＩＳ ｃｏｄｅｓ １６０．３９００；３５０．３３９０；３５０．３８５００３０３００２－ １
表4-4，五国十厂PVD 涂层硬质合金刀具材料分类分组对照表 注：上表摘自各公司样本和刊物，没有取得各公司的认可。 作 业 ISO 分类 分组代号 株洲 钻石 自贡 764 山特 维克 肯纳 公司 伊斯卡 公司 三菱 公司 东芝 公司 住友 公司 山高 公司 黛杰 公司 车 削 P P01 JC5003 P10 YBM252 KC5010 KC5510 1C507 VP10MF CP200 JC5003 P20 YBM252 GC1020 GC4125 GC1025 1C507 1C570 1C308 1C908 VP15TF VP20MF CP250 JC5015 P30 1C354 1C308 1C908 1C328 1C3028 VP15TF VP20MF GH330 AH120 CP500 JC5015 P40 GC1020 GC2145 1C328 1C3028 1C354 AH120 CP500 M M01 EH510Z M10 YBG202 GC1005 GC1025 KC5010 KC5510 1C507 1C907 VP10MF EH510Z CP200 JC5003 M20 YBG202 YBG302 YBM351 GC1020 GC1025 GC4125 1C507 1C907 1C1028 VP15TF VP20MF GH330 EH520Z CP200 CP500 JC5015 M30 YBG202 YBG302 YBM351 GC1020 GC2035 KC5025 KC5525 KC710 1C328 1C3028 1C1028 VP15TF VP20MF AH120 CP500 JC5015 M40 YBG302 YBM351 GC2145 1C328 1C3028 K K01 AH110 EH10Z JC5003 K10 KC5010 KC5510 1C507 1C907 GH110 AH110 EH10Z EH20Z CP200 JC5003 JC5015 K20 GC1020 1C308 1C908 VP15TF AH120 EH20Z CP200 CP250 JC5015 K30 GC4125 1C328 1C3028 1C1028 VP15TF CP500 S S01 VP05RT AH110 JC5003 S10 YBG102 GC1005 GC1025 KC5410 KC5010 KC5510 VP05RT VP10RT AH120 EH510Z CP200 CP250 CP500 JC5015 S20 YBG202 GC4125 KC5025 KC5525 VP10RT VP15TF EH20Z EH520Z CP250 CP500 S30 YBG202 VP15TF 铣 削 P P01 JC5003 P10 YBG202 KC792M KC715M ACZ310 JC5003 JC5030 P15 YBG202 YBG302 P20 YBG202 YBG302 GC1025 KC522M KC525M 1C950 1C908 VP15TF ACZ310 ASZ330 F25M JC5015 JC5030 JC5040 P25 YBG202 YBG302 P30 YBG302 YBG402 YBM351 KC725M 1C250 VP15TF VP30RT GH330 AH330 AH120 AH740 ACZ330 ACZ350 F25M F30M JC5015 JC5040 P40 YBG302 YBG402 YBM351 KC735M 1C328 1C928 VP30RT AH120 ACZ350 F40M T60M JC5040 P50 YBG402 YBM351
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加
入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40——60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10——20倍，其红硬性比硬质合金高2——6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93——95HRC，
金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名： 班级： 学号： 2014年5月7日
摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析，总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围，同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。
目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 ......................................................... 错误!未定义书签。 2 常用刀具材料及特点 ........................................................ 错误!未定义书签。 碳素工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 合金工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 高速钢 ........................................................................... 错误!未定义书签。 硬质合金 ....................................................................... 错误!未定义书签。 陶瓷 ............................................................................... 错误!未定义书签。 超硬材料 ....................................................................... 错误!未定义书签。 3 刀具材料的典型应用 ........................................................ 错误!未定义书签。 工件材料与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 加工条件与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 4 总结 .................................................................................... 错误!未定义书签。 5 参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。
h 硬丽 硬质合金 謬第 硬质合金涂 第一！ -
硬质材料包括硬质合金f并包括组成硬质合金的碳化磚粉、碳化起.碳化帆、碳化错、碳化钛这些硬质粉末”以及金刚石（C）f PcD （多晶钻），cBN （立方氮化硼）f和Si3N4 氮化硅。 PcD （多晶钻）是一种使用金刚石微粒和化学粘合剂混合之后,在高温高压环境下沉积为相干结构的人造材料。 cBN （立方氮化硼）是来自PcBN的多晶体。PcBN是一种由cBN微 粒和陶瓷或金属触媒粘合剂在高温高压下沉积而成的聚合体。 Si3 N4氮化硅是一种具有高抗碎性能的陶瓷材料。 硬质合金和碳-氮化合物一尽管高速钢对于如钻孔. 拉削这样的应用仍然非常重要■但大多数的金属切削都是通过
硬质合金工具完成的。对于那些非常难于加工的材料,硬质合金现在正逐渐由碳氮化合物、陶瓷制品和超硬材料所替代。渗碳的（或烧结的）硬质合金和碳氮化合物,被世界上大多数一致认为是硬金属, 是一系列通过粉末;台金技术制成的非常硬的.耐火. 耐磨的合金。微小的硬质合金或者氮化物颗粒在处于烧结題液体时被金属粘结剂”胶结"o个体硬金属的成分和属性与那些黄铜和高速钢是不同的。所有的硬金属都是金属陶瓷,是由陶瓷颗粒和金属粘结剂化合而成。 第一节硬质合金 ? “碳化磚”是非常硬的硬质合金颗粒,特别是碳化锯在 工能力。早期 富铁基质的出现 的硬质合金在用于工业用途时过于脆弱■但是不久发现将
碳化锯粉末与大约10%的金属,如铁、银或钻,允许压坯在大约1500°CT 烧结,在这个过程中生成的产品具有低孔隙率、非常高的硬度,而且相当大的强度。这些性质的组合使得材料理想的适合用来作为切削金属的加工刀具。 ?硬质合金的变化是由铜焊接硬质合金嵌入变成夹具嵌入,以及涂敷技术的迅速发展。 硬质合金刀具材料的制法： 一种是经过压锻和烧结至精确的形状和尺寸。 另外的一个进步是高温真空固态渗粘法(HIP)的应用。此方法实际上允许通过高压下的惰性气体将硬质合金中所有的残余孔隙度都挤出来＞应用的温度大约是烧结温度。通过此方法刚度、抗裂强度和抗
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者：佚名来源：不详发布时间：2008-11-21 23:35:38 发布人：admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%～1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40～60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；其横向断裂强度大于
收稿日期:2005年3月 涂层硬质合金刀具磨损机理的研究 贾庆莲 乔彦峰 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 摘 要:通过高速切削试验,观察了涂层刀片的磨损过程,描述了其磨损形态,分析了涂层刀片磨损率不同的原因,提出了涂层硬质合金刀具的磨损机理模型以及涂层硬质合金刀具的磨损类型。 关键词:T i N 涂层, 硬质合金刀具, 磨损机理, 高速切削 S tudy on Wearing Mechanism of C oated C emented C arbide Tool Jia Qinglian Qiao Yanfeng Abstract:Based on experiments of hi gh speed cutting,the wear process and wear appearance of the coated cemented carbide tools are studied.T he causes of different quanti ties of wear in the experiments are analyzed.T he model of wear mechanism of the coated cemented carbide tools and the wear styles of the coated cemented carbide tools such as di ffuse wear,plastic distortion wear and fatigue flake are presented. Keywords:TiN coating, cemented carbide tools, wearing mechanism, high -speed cutting 1 引言 用化学气相沉积法(CVD 法)在WC 基硬质合金表面涂覆一薄层高硬度的难熔金属化合物(如TiC 、TiN),所制备的涂层硬质合金具有高耐磨性的表层 和足够韧性的基体。在高速切削条件下,涂层硬质合金刀具的切削性能较佳,其原因之一是由于刀具表面的涂层材料向基体材料一方的/渗透0作用,使刀具上涂层材料已磨穿区的抗扩散磨损能力提高;原因之二是由于刀具刃口涂层材料被磨损的滞后性,即在继续切削过程中,刃口涂层材料起到了有效的机械支承作用,提高了涂层刀片的耐磨性。一般情况下,涂层硬质合金的低速切削性能较差,这是因为在低速切削条件下,涂层的磨损会以磨损率很高的脆性疲劳剥落磨损为主。 2 高速切削试验 试验中以TiC 涂层硬质合金刀片在无级变速车床上加工材料为38Cr Ni3Mo VA 的工件,切削用量为: f =012m m/r,a p =2mm,v =70~300m/min 。由试验可知,在较高切削速度范围内,涂层刀片的磨损过程大致可划分为三个阶段(见图1)。 (1)初磨阶段 自切削开始至刀具表面涂层材料被磨穿前的这个阶段称为初磨阶段。由于涂层刀片表面存在残余拉应力,其表面不平度约为2~4L m,在刀具)切屑(或工件)间的强烈摩擦下,表面涂层材料沿切屑流 动(或主运动)方向发生塑性滑移。其后果必导致前、后刀面的涂层材料发生塑性断裂,即塑性疲劳剥落磨损,前、后刀面的涂层在图1a 所示R 、F 处被磨穿。 图1 磨损特征 (2)正常磨损阶段 大量观察表明,在正常磨损阶段,前、后刀面涂层磨穿区均离刃口一定距离(见图1b)。也就是说,刀片刃口的涂层完整性尚好。为便于分析,将前、后刀面磨损面划分为六个区(见表1)。 表1 磨损区域划分 区域 特征 ?前刀面近主刃处未磨穿区ò前刀面已磨穿区 ó前刀面远离主刃处未磨穿区?后刀面近主刃处未磨穿区?后刀面已磨穿区 ? 后刀面远离主刃处未磨穿区 据观察,已被磨穿的ò、?区磨损面呈均匀的晶粒状,未磨穿的前刀面?、ó区,后刀面?、?区均呈/脊沟0状浅擦痕,深度为1~3L m,其方向平行于切屑流动方向(或主运动方向)。据分析,可以认为磨 损面上的脊沟是涂层材料沿切屑流动方向的塑性滑移所形成。
文章编号:１００１-９７３１(２０１６)０６-０６１６７-０６ 激光熔覆Al x CrFeCoCuNi高熵合金涂层的 显微组织与性能研究? 郑必举,蒋业华,胡文,刘洪喜 (昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明６５００９３) 摘要:采用CO２激光熔覆技术在AISI１０４５钢基底上制备了Al x CrFeCoCuNi涂层.通过改变Al的含量来研究其对显微组织和耐磨性能的影响.涂层的微观结构二化学成分和相结构分别通过扫描电镜二能谱和X射线衍射进行了分析.研究结果表明,Al x CrFeCoCuNi高熵合金涂层主要包括熔覆层二结合区和热影响区.熔覆层和基底具有很好的冶金结合.熔覆层主要由等轴晶和柱状晶组成.XRD分析可知,由于高熵效应使得Al x CrFe-CoCuNi高熵合金涂层相结构主要为简单面心和体心立方结构.Al x CrFeCoCuNi的表面硬度最高可以达到７５８Hv,是基底的３倍,而且显微硬度随着Al含量的增加而升高.Al含量高的涂层具有高的硬度,从而提高了耐磨性能. 关键词:高熵合金;磨损;显微硬度;激光熔覆 中图分类号: TG１５６．９９文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１６．０６．０３０ ０ 引言 几百年来,传统的合金体系通常是以一个元素为 主元,例如铁合金二铝合金和钛合金等,主要元素含量 通常占到５０％(原子分数)以上,再添加少量其它元素来改变结构和性能,但是由于固溶度的原因导致添加 元素的量是有限的.为了解决这个限制,中国台湾学 者叶均蔚在１９９５年打破了传统观念,提出了新的合金设计概念[１-３].高熵合金被定义为,合金至少包含５种元素,且每种元素的含量在５％~３５％(原子分数).这种合金凝固后由于高熵效应主要形成简单的固溶相,而不是复杂的脆性相.通过成分优化后的高熵合金具有高强度二低电阻率二优异的耐磨性能和抗腐蚀性能[４-６]. 现在,制备高熵合金的主要方法是真空电弧熔炼 制备块状铸锭[７-１２].这种技术限制了铸锭的尺寸,因为形成简单固溶相的高熵合金要求较高的冷却速率.另外,高熵合金里含有多种贵金属,大块材料的成本很高.因此,在低成本钢基底上制备高熵合金涂层可以扩大其应用.在激光熔覆过程中,冷却速率可以达到１０３~１０６K/s,而且这个过程也是原位合成.更重要的是,激光熔覆涂层与基底为冶金结合,具有较小的热变形和非平衡反应[１３-１５]等优点.所以激光熔覆制备的高熵合金涂层对其扩大应用范围具有重要意义.在本文中,通过激光熔覆技术来制备Al x CrFeCoCuNi高熵合金涂层,研究了Al含量对涂层质量二微观结构二显微硬度和耐磨性能的影响.１实验 AISI１０４５钢基底试样尺寸为３０mm?３０mm?３mm.基底先用６００~２０００＃砂纸研磨,然后将其在氢氧化钠溶液中清洗２０min,从而去除表面上的污垢或油脂,最后用去离子水彻底冲洗.实验所用Cu二Ni二Co二Fe二Cr二Al粉末(９９．９９％)的颗粒尺寸平均为５５μm,将其以等摩尔比进行充分混合,并加入聚乙烯醇溶液制备成熔覆膏,然后在基底表面上涂敷约０．８mm的预置层,干燥约３６h.实验所用CO２激光器的波长为１０．６μm;光斑直径为７００μm.焦点定在样品的表面以上５mm,扫描速度为１mm/s,激光功率密度固定为８００J/cm２. 高熵合金熔覆层的物相组成由X射线衍射仪进行分析;电镜(JSM-５３１０二日本)及其能谱仪定性分析了涂层微观结构和化学成分;HXD-１０００维氏显微硬度计来测量高熵合金熔覆层横截面的显微硬度,在样品表面取５个不同地方进行测量,然后取平均值;以销盘式磨损试验装置进行滑动磨损试验,长度为２０mm 和直径为４mm的销样在硬度为６００Hv的钢盘上以速度为３．１４m/s进行实验.用单位滑动距离的磨损体积损失来计算磨损率,直到总的磨损时间达到５０min.２结果与讨论 ２．１涂层的显微组织 激光加工参数对涂层的质量二微观形貌和性能有重要的影响.因此,本文试样的涂层都是在最优激光 ７６１６０ 郑必举等:激光熔覆Al x CrFeCoCuNi高熵合金涂层的显微组织与性能研究 ?基金项目:云南省教育厅资助项目(KKJA２０１３５１００４);昆明理工大学分析测试基金资助项目(２０１３０１９７) 收到初稿日期:２０１５-０５-１０收到修改稿日期:２０１５-０８-１５通讯作者:郑必举,E-mail:zhen g bi j u＠g mail．com 作者简介:郑必举(１９８２－),男,山西大同人,副教授,博士,主要从事激光表面改性研究.