Ti(C,N)基金属陶瓷刀具与纳米改性

介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的特点及适用范围，分析了如何用纳米技术对Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料进行改性，以提高其强韧性，同时简述了其制备的工艺过程，进行了切削试验，并指出其合适的加工材料。     

(Ti,Al)N+TiN涂层硬质合金刀具加工铁基高温合金正交切削试验研究

采用正交试验方案,应用(Ti,Al)N+TiN涂层硬质合金刀具对GH2132铁基高温合金进行外圆干切削,测量了切削力、切削温度、表面粗糙度和刀具寿命。利用最小二乘法对试验数据进行了多元回归分析,分别建立其经验公式,并分析了切削用量三要素分别对切削力、切削温度、表面粗糙度和刀具寿命的影响规律及其原因。通过试验得出了切削用量三要素分别对其影响的主次顺序。切削力:a_p>f>v_c,切削温度:v_c>a_p>f,表面粗糙度:f>v_c>a_p,刀具寿命:v_c>f>a_p。     

Fabrication of micro-end mill tool by EDM and its performance evaluation

Abstract

Micro-milling is a fast, cheap and controlled process compared to other micro-fabrication processes such as lithography, laser/electron/ion beam machining, etc. However, scarcity of cutting tools of very small dimensions often results in limited application of micro-milling. In the present study, electro discharge machining (EDM) is used for fabrication of micro-end mill tool. To ensure high dimensional accuracy of the tool, a parametric study is conducted by replicating the a tungsten carbide block to a tungsten carbide (WC) block. The relationships between the drilled cavities on the block and the features on the micro-tool are established. The influence of machining parameters (voltage, capacitance and spindle speed) on the response variables (entrance diameter, hole depth, material removal rate (MRR) and surface roughness) is reported. Capacitance is found more dominant as compared to other selected process parameters. Using optimized parameters from the parametric study, a WC micro-end mill tool of 100?µm diameter is fabricated. Channel of around 110 µm width, 40?µm depth and surface roughness of 70?nm is successfully fabricated on aluminum. The performance of the fabricated tool is compared with a commercial end mill tool by milling micro channels on stainless steel.     

Performance enhancement of cryogenic machining and its effect on tool wear during turning of Al-Ticp composites

The current research is to focus on developing a liquid nitrogen diffusion system to optimize the usage of liquid nitrogen and maximizing cooling and lubrication capability by effective penetration. An atomized liquid nitrogen spray system was developed to diffuse liquid nitrogen effectively at a low flow rate (10–12 L/h) and as a high velocity (8–50 m/s) droplet jet to the machining zone. Using coated carbide tool with varying tool geometry (rake angle, approach angle, and nose radius), an investigation was performed to study the role of atomized liquid nitrogen spray-assisted machining, on performance of tool and surface quality of the machined workpiece during turning of Al-TiCp composite. To analyze the performance of liquid nitrogen spray-assisted machining, various experiments were conducted. The results obtained from the experiments reveal that the effective use of atomized liquid nitrogen spray machining is a feasible alternative to dry, wet, and cryogenically chilled argon gas. This technique significantly reduces heat generation in machining zone. The study also emphasizes the influence of tool geometry on the machinability of Al-TiCp metal matrix composites.     

放电等离子烧结制备Ti(C,N)基金属陶瓷

用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Ti(C，N)基金属陶瓷材料。使用XRD、SEM对烧结体物相、微观组织进行了分析，并对金属陶瓷的硬度、抗弯强度和孔隙率进行了对比分析。结果表明：SPS工艺下形成了Ti(C，N)相；1350℃下保温8min是较佳的烧结工艺。原料粉添加VC后，烧结体晶粒组织明显细化，但孔隙率变大，综合性能仍高于未添加VC的金属陶瓷。     

放电等离子烧结纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷

采用放电等离子技术（SPS）烧结制备出纳米复合Ti（C,N）基金属陶瓷材料。用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等对烧结体的孔隙率、微观组织和断口形貌等进行了观察,并对不同条件下材料的力学性能进行了对比分析。结果表明：直接升温到1250℃保温8min可获得较好的力学性能;在显微结构中,除了黑芯／白环的结构外,还存在着白芯／黑环结构;孔洞和大颗粒硬质相为主要的断裂源,断裂方式以沿晶断裂为主,同时存在着解理断裂和穿晶断裂。     

微米／纳米复合Ti（C，N）基金属陶瓷刀具切削铸铁的性能研究

利用热压烧结法制备了微米／纳米复合Ti（C,N）／Al2O3金属陶瓷刀具,对研制的三种金属陶瓷刀具（材料编号JT1-JT3）和YG8硬质合金刀具切削铸铁时的切削性能进行了试验研究。结果表明,研制的金属陶瓷刀具适合切削铸铁,其切削性能优于YG8,尤其是JT2刀具不但磨损较小,且加工表面质量较好。分析了刀具的磨损形貌和磨损机理,得出了Ti（C,N）金属陶瓷刀具的主要磨损机理为后刀面磨粒磨损的结论。     

Ti(C,N)基金属陶瓷注射成形溶剂脱脂工艺研究

以Ti（C,N）基金属陶瓷粉末为研究对象,采用三组不同配比的蜡基粘结剂,考查了注射成形溶剂脱脂工艺中脱脂温度、脱脂时间、试样厚度及溶剂种类和浓度等参数对坯块脱脂率的影响,对溶剂脱脂过程中脱脂坯尺寸的变化及可溶性组元的最大脱除率等也作了初步的研究。结果表明：采用3^#粘结剂的脱脂坯溶剂脱脂缺陷最少,较适合于溶剂脱脂;采用正庚烷对该粘结剂的脱脂坯进行50℃溶剂脱脂,经过6h可脱除70％以上的石蜡,连通孔道基本形成。     

Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的统计学研究

对研制的Ti(C，N)基金属陶瓷材料的力学性能进行了测试和Weibull统计分析。研究表明，该材料具有良好的力学性能；材料的抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度均服从Weibull分布，力学性能的变异系数小，性能稳定；抗弯强度的Weibull系数高，材料的可靠性高。     

Ti(C,N )基金属陶瓷粉末注射成形技术研究概述

概述了Ti(C，N)基金属陶瓷粉末注射成形的粉末特性、粘结剂体系、喂料制备、注射成形、脱脂技术、烧结与致密化；分析表明：粉末注射成形技术在制备复杂几何形状、均匀组织结构和高性能高精度近净成形Ti(C，N)基金属陶瓷材料产品方面具有独特的技术优势和发展潜力。     

超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷刀的磨损性能研究

研究了两种超细晶粒纳米改性Ti（C，N）基金属陶瓷刀具——44Ti（C，N）-5TiN（nm）-15WC-16M02C-20Ni（刀具A）和39Ti（C，N）-10TiN（nm）-15WC-16M02C-20Ni（刀具B）在加工正火态中碳钢时的切削性能和磨损机理。研究表明，两种刀具材料的显微组织都由金属相与陶瓷相组成，其中粗大的陶瓷相呈典型的芯／壳结构，陶瓷相晶粒尺寸为400～800nm。切削实验表明，刀具A的切削性能要优于刀具B，刀具A常以后刀面正常磨损的方式失效，刀具B则常以破损崩刃的方式失效。能谱（EDS）分析表明，高速切削时金属陶瓷刀具主要的磨损机制是扩散磨损和氧化磨损。     

热等静压制备Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料

用热等静压（HIP）技术制备了Ti（C,N）基金属陶瓷功能梯度材料,对热等静压氮化处理前后的组织结构、硬度以及密度变化作了比较分析。结果表明：HIP技术能在金属陶瓷表面形成硬质薄膜,表面硬度提高,并且硬度由表及里逐渐减小,这是由于高温高压氮化处理使材料中的孔洞闭合,微裂纹和缺陷的减少使得材料性能显著提高。     

Ti(C,N)基金属陶瓷在海水润滑下的摩擦磨损特性研究

在材料端面摩擦磨损试验机上,分别对Ti(C,N)金属陶瓷及表面沉积TiN的Ti(C,N)金属陶瓷2种材料与碳纤增强聚醚醚酮(CFRPEEK)组合在海水润滑下的摩擦磨损特性进行实验研究,探讨接触压力和滑动速度对摩擦因数的影响规律。结果表明:在速度较低时摩擦因数随速度增加下降较快,但速度较高时,摩擦因数趋向稳定,速度影响不大;接触压力对摩擦因数的影响较小。通过对试件磨损表面微观形貌的分析,认为CFRPEEK的磨损机制主要是机械切削和机械犁耕引起的材料塑性变形和脱落,并在摩擦过程中发生向陶瓷表面的转移。Ti(C,N)金属陶瓷较表面沉积TiN的Ti(C,N)金属陶瓷具有较低的摩擦因数。通过与其他材料研究结果的比较,认为Ti(C,N)金属陶瓷与CFRPEEK组成的材料副应用于纯水液压泵或马达中的关键摩擦副具有较好的可行性。     

Ti（C,N）涂层刀具切削磨损数值模拟分析

模拟了在相同切削条件下Ti（C,N）涂层刀具和未涂层刀具切削温度变化情况.验证了Ti（C,N）涂层材料能降低切削力、减小切削热,保护切削刃,避免产生崩刃的作用;验证了刀具前刀面靠近主切削刃处容易磨损是由于在高速切削加工中,切削温度高,导致粘结、氧化和扩散磨损加剧造成的.     

AlN含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了AlN添加量(0,1％,2％,3％,质量分数)对Ti(C,N)基金属陶瓷硬度、抗弯强度以及抗氧化性能的影响.结果表明:不同AlN添加量下的金属陶瓷主要由Ti(C,N)、Ni3Al和镍相组成;随着AlN添加量增加,金属陶瓷的硬度增大,抗弯强度先增大后减小,AlN添加量为2％时达到峰值;与未添加AlN相比,添加2％A...     

基于微波烧结的Ti(C,N)/Al_2O_3金属陶瓷刀具切削淬硬钢的试验研究

利用微波烧结技术制备了Ti(C,N)/Al_2O_3金属陶瓷刀具(TA),并通过高速干式切削淬硬钢40Cr(50±2HRC)研究刀具的切削性能,同时与硬质合金刀具YT15进行对比。采用正交试验和极差分析法,以切削参数为优化对象,以工件金属去除率、表面粗糙度和刀具寿命为优化目标,确定了刀具的最佳切削用量。试验结果表明,切削淬硬钢40Cr时,刀具TA的最优切削参数为v=120m/min、a_p=0.3mm、f=0.1mm/r。TA刀具的切削时间为66min,比YT15提高了175%。工件平均表面粗糙度为1.27μm,比硬质合金刀具降低了15.9%。刀具的切削性能优于硬质合金刀具,并且可以实现以车代磨。     

Comparative study on tool life and wear resistance of titanium nitride (TiN) and aluminium chromium nitride (AlCrN) coated carbide inserts

Abstract

The objective of this study is to investigate the enhancement of tool life and wear resistance with a physical vapour deposition (PVD) process applied using aluminium chromium nitride (AlCrN) and titanium nitride (TiN) coating on carbide inserts. Flank wear experiments are carried out on a computer numerically controlled (CNC) machine under wet conditions with both the coated inserts. Effectiveness of the coating on the tool life and its resistance to flank wear are observed at various cutting parameters such as cutting speed and feed rate by following the principle of design of experiments (DOE). It is inferred that AlCrN coated carbide tools perform nearly 70% better than the TiN coated carbide tools under high cutting speed and feed rate. AlCrN coating also enhances the durability of tool for metal cutting and thereby improves tool life even under harsh cutting conditions. A response surface methodology (RSM) is utilised to arrive at the optimum value for the various parameters which are responsible for improving the wear resistance and tool life.     

预烧温度对纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

用真空预烧＋热等静压处理工艺制备了纳米复合Ti（C，N）基金属陶瓷，用SEM和TEM／EDX研究了预烧温度对纳米复合Ti（C，N）基金属陶瓷显微组织和性能的影响。结果表明：随着预烧温度的升高，硬质相颗粒明显球化、细化且分布均匀，具有白芯-灰壳结构的小硬质相颗粒明显增多，且环形相较完整。在1420℃预烧时，金属陶瓷具有较好的力学性能；继续升高顸烧温度时，晶粒会明显长大，环形相变厚、变脆，导致材料的性能下降。综合考虑认为，较佳预烧结温度为1420℃。     

高能量密度脉冲等离子体同轴枪制备Ti(C,N)薄膜研究

用高能量密度脉冲等离子体同轴枪分别在硬质合金和氮化硅陶瓷刀具基体上沉积了Ti(C,N)薄膜,研究了各种因素对薄膜相转化的影响,通过XRD分析,最后得到合适的Ti(C,N)薄膜沉积工艺条件是：枪压3．5kV,同轴枪与试样间距30～40mm,氮气进气压力0．2MPa,电磁阀电压1．5kV,脉冲等离子轰击次数5次以上。     

碳氮化钛基硬质合金的切削性能及应用

与普通的ＹＴ１４、ＹＴ１５、ＹＴ３０、ＹＮ１０硬质合金对比切削实验研究表明?我国新近研制成功的碳氮化钛基硬质合金ＮＴ、ＴＮ系列合金不仅具有很高的硬度，耐磨性、又具有很高的抗弯强度和抗冲击韧性，因此具有刀具耐用度高，抗崩刃性能好等优良的切削性能，是一种很有用途的新型刀具材料。