涂覆刀具的工艺、组织与性能

一、引言自十三年前西德与瑞典涂覆TiC的硬质合金刀具进入市场以来,涂覆刀具有了很大的发展。最初为TiC、TiN的单体涂层,后来发展为Ti(CN)、TiN-TiC、TiC-Al_2O_3等复合涂层。涂层的制备工艺,从化学气相沉积(CVD)发展到离子镀(IP)。活化反应蒸发(ARE)及低压等离子体沉积(LPPD)等物理气相沉积(PVD)法。目前国外汽车制造工业中,涂覆刀具约占30%以上,在国际刀具市场上出售的不重磨刀头,大部分是用TiC、TiN及Al_2O_3涂覆的。     

不同材料和刀尖圆弧半径刀具加工TC4钛合金的表面质量及刀具磨损行为

采用聚晶立方氮化硼(PCBN)、TiAlN涂层硬质合金(2种刀尖圆弧半径)和Al_2O_3+TiC涂层硬质合金等3种刀具车削TC4钛合金工件,测试了刀具后刀面磨损宽度和工件表面粗糙度,观察了刀具的磨损形貌并分析了磨损机制;同时,研究了刀尖圆弧半径对工件表面粗糙度和切屑形貌的影响。结果表明:TiAlN涂层硬质合金刀具具有比其他2种刀具更长的使用寿命,且加工后工件的表面粗糙度最小、表面质量最好,其磨损形式主要为磨粒磨损和黏结磨损;PCBN刀具的失效形式主要为前刀面和后刀面崩塌,而Al_2O_3+TiC涂层硬质合金刀具的磨损形式主要为扩散磨损;刀尖圆弧半径的增大有利于提高TiAlN涂层硬质合金刀具的断屑能力以及加工工件的表面质量。     

CVD金刚石涂层刀具铣削高体分SiCp/Al复合材料特性研究

以65%高体分SiC颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料为试件材料,采用热丝化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)法制备的硬质合金常规(μm级)金刚石薄膜涂层立式键槽铣刀进行铣削试验,研究铣削力的变化规律、工件表面的微观形貌,以及刀具的磨损和刀具寿命,并与未涂层硬质合金铣刀进行对比,分析了该材料的铣削机理,评价了金刚石薄膜涂层铣刀的涂层效果。结果表明:在相同的切削用量条件下,金刚石涂层刀具比未涂层硬质合金刀具的各向铣削力降低20%~60%;加工初期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量较好,但在加工中后期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量迅速恶化,而金刚石涂层刀具所加工工件的表面质量较为稳定,刀具寿命比未涂层硬质合金刀具提高了3~5倍,因此,常规金刚石薄膜涂层刀具较适合应用于高体分SiCp/Al复合材料的粗加工或半精加工。     

新型的涂层工艺——PVD

早在1800年,瑞士手表研究所首先研制成CVD涂层工艺,主要应用于手表玻璃框上涂敷硬质抗腐蚀涂层。直到本世纪50年代中期,CVD涂层工艺才被应用于涂敷碳化物刀具。目前,美国市场上50％的刀具都采用CVD涂层工艺,用来涂敷例如TiC、TiN和Al_2O_3等较厚的涂层(0.0003～0.0004英寸)。但是,CVD工艺是在>900℃的高温下进行涂敷的,容易     

硬质合金和切削陶瓷刀片在欧美和日本的使用情况

<正> 目前在美国、西欧和日本90%的可转位刀片都是用含TiC、TaC和NbC的WC—Co无涂层硬质合金和TiC、Ti(C,N)、TiN、Al_2O_3涂层硬质合金制造的。应用最广的陶瓷刀具是添加ZrO_2、TiC、TiB_2、Ti(C,N)、Zr(C,N)、SiC的Al_2O_3基陶瓷刀片和添加Y_2O_3、TiC和TiN的Si_3N_4基陶瓷刀片。在日本,陶瓷刀片的使用量占8～10%,在美国占3～4％。     

国外陶瓷刀片牌号对照表及其性能

<正> 表1收集了欧美11家硬质合金和陶瓷刀具生产厂的陶瓷刀具资料,按陶瓷刀片的化学组成分为纯Al_2O_3,增韧陶瓷Al_2O_3+ZrO_2,混合陶瓷Al_2O_3+TiC,Al_3O_2+TiN,Sialon Si_3N_4+Al_2O_3,氮化硅(非Sialon)Si_3N_4,Si_3N_4+Al_2O_3涂层,TiC+TiN     

铣削碳纤维复合材料刀具磨损试验研究

采用未涂层和CVD金刚石薄膜涂层两种硬质合金铣刀,对碳纤维复合材料进行铣削试验,使用3D激光扫描镜对刀具磨损形貌和磨损量进行测量,分析了刀具的磨损机理和切削用量对刀具磨损的影响。试验结果表明：后刀面磨损是两种刀具的主要磨损形式,磨损机理为磨料磨损,未涂层硬质合金铣刀同时存在着刀具破损现象;切削速率和背吃刀量对刀具后刀面的磨损影响较为显著;未涂层与CVD金刚石薄膜涂层硬质合金铣刀相比较,后刀面的磨损量保持在2．3—3．8倍之间,从刀具的耐磨性考虑,CVD金刚石薄膜涂层硬质合金铣刀可以用于碳纤维复合材料的生产加工。     

TiC、TiN和Al_2O_3涂层硬质合金刀具的组织和磨损

本文介绍了在常用的C—6硬质合金刀具基体上的四种工业用涂层:①TiC;②TiC/TiCN/TiN;③TiC/Al_2O_3和④TiC/Al_2O_3/TiN的加工性能。对当切削速度为152米/分和213米/分时各种涂层刀具的后面磨损量和月牙洼磨损率作了比较。与其他涂层相比,TiC/Al_2O_3/TiN涂层刀具具有良好的耐磨性和抗月牙洼形成能力。下面按涂层成份和显微组织进行磨损率讨论。     

刀具涂层技术的应用

自20世纪60年代末化学气相沉积(CVD)涂层硬质合金刀片问世以来,涂层技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。而20世纪80年代初,TiN物理气相沉积(PVD)涂层高速钢刀具的出现,又使高速钢刀具的性能发生了革命性的变革。由于涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命,     

金刚石涂层刀具干铣削TC4切削性能研究

金刚石涂层刀具被广泛应用于硬质难加工材料的加工过程中,可降低切削力、增加刀具寿命。以TC4合金试样为例,研究了由化学气相沉积(CVD)法制备的金刚石涂层刀具的切削性能,并以普通硬质合金刀具作为参照对象。实验结果表明:金刚石涂层铣刀切削性能并不优于硬质合金刀具。在临界温度下,石墨化和氧化会导致金刚石涂层刀具快速失效。     

基于XPS硬质合金刀具氧化磨损的试验分析

采用多功能表面分析系统对车铣加工Ti6Al4V钛合金的硬质合金刀具进行X射线电子能谱分析(XPS)。通过对磨损区域进行全谱扫描和精细谱扫描,应用XPSPEAK4.1和Origin7.5对所得数据进行分峰拟合处理,最后分析了所生成的氧化物对刀具磨损和刀具寿命的影响。试验结果表明涂层材质为S30T的刀具磨损表面有Ti O_2、Al_2O_3、Co O和Ti N等物质生成;H13A非涂层材质刀具磨损表面有Ti O_2、WO3和Co_3O_4等氧化物生成。     

硬质合金涂层的新方法

涂层硬质合金刀具具有高的硬度、耐磨性,耐热性和抗月牙洼磨损能力,并能降低刀具与工件间的摩擦系数,具有很高的耐用度。此外,因它的通用性广,一种牌号的涂层硬质合金刀片常可胜任几个等级的未涂层刀片的切削工作,从而简化了刀具的管理。所以,近年来硬质合金刀具,特别是可转位刀片,涂层刀具的应用日益普遍。通常采用TiN(氮化钛)做硬质合金的涂层材料。众所周知,硬质合金TiN涂层一般都采用CVD(化学气相沉积)法,但因此法的沉积温度高,约1000℃左右,所以在涂层与硬质合金基体之间容易形成一层脆性的脱碳层,导致刀片脆性脱断,降低刀具的使用寿命。近年来的研究表明,只要正确掌握涂层工艺,PVD(物理气相沉积)法     

陶瓷涂层硬质合金刀具的性能

本文详细介绍了Al_2O_3涂层刀具的优越性能及其与TiC涂层刀具、普通陶瓷刀具和硬质合金刀具加工各种材料的性能比较试验结果。文章还对涂层厚度和合理切削条件作了研究。     

涂层刀具铣削HT350高强度氮型灰铸铁的磨损机理研究

为探究HT350高强度氮型灰铸铁的铣削性能,选用PVD涂层硬质合金刀具和CVD涂层硬质合金刀具对HT350高强度氮型灰铸铁进行铣削试验,对比研究两种刀具的磨损形貌,通过极差分析探究切削三因素对磨损带宽的影响,并对磨损区的元素分布进行了观测。结果表明：相同铣削用量条件下,PVD涂层刀具前刀面的磨损情况比CVD涂层刀具更严重,铣削速度V_c对刀具的磨损带宽影响最大,其次是背吃刀量a_p,最小是进给量f_z。在低切削速度(V_c=100～200m/min)时,刀具磨损以磨粒磨损和黏结磨损为主;在高切削速度(V_c=200～250m/min)时,刀具磨损以扩散磨损和氧化磨损为主。PVD涂层中的TiAlN被氧化生成Al₂O₃,同时Al₂O₃在加工过程中不断剥落,导致PVD涂层刀具的磨损情况更加严重。     

齿轮泵热处理的新工艺

利用气相沉积TiN、TiC、Al_2O_3或其它沉积层来改善金属材料表面的性质,使其得到超硬膜,这项新技术在国内外受到普遍重视。按照气相沉积的性质,可分为化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)。CVD 设备简单,绕镀能力强,但沉积温度高达1000℃以上,使金属零件机械性能大大降低;PVD 沉积温度低(400～600℃),沉积速率高,且无公害,但设备昂贵,技术     

涂层硬质合金刀具磨损的研究

<正> 涂层硬质合金刀具磨损速率和它的性能变化都很小,所以刀具耐用度可提高2—4倍。为了搞清刀具磨损减小的原因,进一步制订出涂层硬质合金刀具在各种加工方案下的磨钝标准,用涂层和无涂层Bκ6、T15κ6、T30κ4、TT10κ8Б、κHT-16方形(12.7×12.7×4.75毫米,r=0.8毫米)可转位式硬质合金刀片进行了试验。对比试验采用瑞典Sandvik Coromant公司生产的GC型硬质合金刀片,对用热扩散饱和法(ДT)和气相沉积法(ГT)所得到的TiC涂层,用真空离子轰击等离子沉     

涂层硬质合金刀片

<正> 金属切削加工时,根据材料不同的化学和物理性能而采用一定牌号的硬质合金刀片。由于刀片经过涂复,则使用范围扩大了并且刀具寿命得到提高。发展了一种多基涂层刀片。即在硬质合金可转位刀片上涂复碳化钛(TiC)、三氧化二铝(Al_2O_3)和氮化钛(TiN)。由于刀片经过涂复,则具有     

硬质合金刀具Al_2O_3涂层摩擦磨损性能研究

对硬质合金刀具进行等离子体化学气相沉积氧化铝涂层处理,并将其与未涂层刀具试样在干摩擦条件下进行滑动摩擦试验,比较其摩擦磨损性能并分析磨损机制。结果表明,等离子体化学气相沉积氧化铝涂层能使刀具获得高硬涂层,平均硬度比未涂层刀具提高30.1%,能有效降低刀具表面摩擦因数,明显提高硬质合金刀具的耐磨性能。     

涂复或烧结复合氧化物的硬质合金刀片的切削性能

1、序在硬质合金刀具上应用涂复层以改善其切削性能的理想现已实现,并在好些研究中进行了试验[1-5]。某些涂TiC、TiN和(或)Al_2O_3的刀具已发现具有优异的切削性能,并已在实际车间中应用了。同时,众所周知:在用加TiC的刀具加     

化学处理对刀具表面金刚石涂层薄膜的影响研究

阐述了热丝化学气相沉积法(HFCVD)涂覆金刚石涂层时,采用Murakami溶液和HNO₃溶液进行化学预处理对刀具表面金刚石涂层薄膜的影响。采用扫描电子显微镜、能谱仪和拉曼光谱仪进行检测,结果表明,硬质合金中的黏结相Co元素和表面粗糙程度对涂层金刚石薄膜有较大影响,采用Murakami溶液浸蚀3min以上、HNO₃溶液浸蚀5min以上的刀具涂层表现出优越的性能,刀具寿命是未涂层刀具的2～4.5倍。