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新型超硬刀具材料氮化碳切削性能的实验研究
马鞍山新富力机械科技有限公司   2010-01-14 16:44:22 作者:SystemMaster 来源: 文字大小:[][][]

  在机械制造中,刀具(推荐:螺纹刀具公司)材料对刀具切削性能和加工效率与质量,具有决定性的作用。计算机集成先进加工系统的出现,各种难加工材料在不同行业的应用,高速切削和高效切削以及精密加工、绿色制造的不断向前发展,对刀具特别是对刀具材料提出了全新的更高的要求。

    自20世纪中期以後,工程材料中不断出现和应用难加工金属和非金属材料。原用的刀具,如高速钢、硬质合金刀具等难以胜任其加工要求,於是超硬刀具材料便应运而生。

    最早的超硬刀具材料只有金刚石和立方氮化硼(PCBN)两种。人类从使用天然金刚石开始,後来研制成功人造金刚石和立方氮化硼,这两种材料虽然已得到广泛应用,但因其价格很高,成型和加工都颇为困难,加上金刚石刀具不能加工黑色金属,应用推广受到限制。

    新型刀具材料CNx

    近年来出现了一种新型刀具材料氮化碳。美国物理学家A.M.Lin和M.L.Cohen用分子工程理论,设计出新型超硬无机化合物CNx。根据体弹模量的计算,这种化合物可以达到接近甚至超过氮化硼和金刚石的硬度。

    利用de反应磁控溅射工艺,国内外的物理和材料科技人员能在不同的基体材料上沉积出CNx超硬薄膜。这种薄膜具有高硬度、高耐磨、低摩擦和强导热等性质,而且不与黑色金属产生化学反应。

    1.CNx薄膜的机械性能

    国内物理学家在高速钢刀具和硬质合金刀具上沉积CNx薄膜,其表面显微硬度经测量为4000∼7200HV。可见其硬度已达到立方氮化硼的硬度,但稍低於人造金刚石的硬度。也有人曾用划痕法测量过CNx薄膜涂层的附着力,验证其达到了JB/T8365标准规定。

    2.CNx表面涂层刀具的实验

    (1)CNx表面涂层高速钢刀具的钻削实验

    笔者用直径Φ10.5mm的M2(W6Mo5Cr4V2)高速钢麻花钻,进行CNx表面涂层,涂层厚度3∼5μm。用涂层前後的相同钻头在38CrNi3MoVA(经过调质,硬度为36∼40HRC)高强度钢上钻孔,孔深为12mm。

    切削用量:进给量f=0.13mm/r,转速n=600r/min,切削速度v=19.8m/min;不加切削液。这样的工况下,每钻一个孔约耗时9.6s,刀具磨损值VB在钻头最大直径处的後刀面上测量。同时,为了进行不同涂层的对比,笔者又用常规的PVD工艺制成的TiN表面涂层的M2高速钢麻花钻,与上述麻花钻一并进行钻孔实验。钻孔实验结果如图1所示。

    由图1可见,如用0.3mm後刀面磨损量为磨钝标准,则CNx涂层钻头可钻48个孔,约为未涂层钻头的8倍、TiN涂层钻头的2倍。可见,CNx涂层对提高耐磨性的效果非常显着。TiN涂层钻头的钻孔数为24个。未涂层M2钻头的钻孔数为6个。

    (2)CNx表面涂层硬质合金刀片的车削实验

    ①笔者用K30硬质合金刀片为基体,涂覆CNx薄膜,车削T12A淬硬工具钢(硬度61HRC)。将其与未涂层的K30刀片进行对比,参加对比的还有立方氮化硼(PCBN)车刀。

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