[發(fā)明專利]用于不銹鋼車削的硬質(zhì)合金涂層刀片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010210440.1
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN101879611A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉王平;陳響明;王社權(quán);王以任
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;C23C16/34;C23C16/36;C23C16/40;C23C16/44
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金刀片，尤其涉及一種車削用的硬質(zhì)合金涂層刀片。

背景技術(shù)

在金屬切削加工過程中，刀具存在兩種失效機制：磨損和破損。刀片磨損主要包括磨蝕磨損、粘結(jié)磨損、擴散磨損和氧化磨損。在不同的切削條件下，加工不同材料的工件時，其磨損的主要原因可能是其中的一種或兩種。一般來說，切削溫度較低時以磨蝕磨損為主，切削溫度較高時以擴散磨損、氧化磨損為主。刀片破損主要是脆性破損(崩刃、碎裂、剝落、裂紋破損等)和塑性變形。實驗數(shù)據(jù)表明，刀片早期破損受熱應(yīng)力影響較小，主要是受機械沖擊作用所致的脆性破損；刀片后期疲勞破損主要是在機械和熱沖擊作用下刀片內(nèi)裂紋失穩(wěn)擴散所致的脆性破損和過高的加工溫度導(dǎo)致的塑性變形。

不銹鋼含有多種合金元素，尤其是奧氏體不銹鋼的Cr、Ni等合金元素含量很大，Cr能提高不銹鋼的強度和韌性，同時使不銹鋼具有與刀具粘結(jié)的傾向；Ni能穩(wěn)定不銹鋼中的奧氏體組織，但是奧氏體組織塑性大，容易產(chǎn)生加工硬化；此外，不銹鋼的導(dǎo)熱性能差，約為45#鋼的三分之一，導(dǎo)致切削區(qū)域溫度非常高。所以在不銹鋼的加工中，由于不銹鋼具有很高的強度、韌性和低的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)致切削力大、切削溫度高，刀片刃口很容易發(fā)生塑性變形失效；由于不銹鋼中的奧氏體組織塑性大，容易產(chǎn)生加工硬化，刀具很容易發(fā)生溝槽磨損和后刀面磨損；此外，由于不銹鋼與刀具材料的親和力大，切削溫度高，刀具很容易產(chǎn)生涂層剝落和擴散磨損。為了適應(yīng)不銹鋼高效車削加工的要求，刀片應(yīng)當具有更高的韌性、高溫強度、高溫硬度和良好的抗粘結(jié)磨損和抗涂層剝落的能力。

目前，具有粘結(jié)相富集表面區(qū)域的涂層硬質(zhì)合金刀片廣泛用于鋼材等合金的機械加工中，粘結(jié)相富集表面區(qū)域拓寬了刀片的應(yīng)用范圍，使之能應(yīng)用于更富韌性的切削操作。含有α-Al₂O₃涂層的多層涂層提高了刀片的耐磨性能，使刀片的壽命得到增加，涂層和刀片基體各自的優(yōu)越性在涂層刀片中實現(xiàn)了較好的統(tǒng)一。

在刀片基體的制備中，制造含有WC、立方相和粘結(jié)相富集表面區(qū)的硬質(zhì)合金屬于梯度燒結(jié)技術(shù)，在部分專利文獻中(例如US4277283和US4610931號美國專利文獻，以及CN1079179A、CN1134470A、CN1229442A、CN1532014A、CN1854320A、CN1891842A號中國專利文獻)已經(jīng)公開了粘結(jié)相含量梯度變化的硬質(zhì)合金基體及其制備方法，可以獲得基本上不具有立方相的粘結(jié)相富集表面區(qū)。特別是CN1079179A號中國專利文獻，其涉及一種具有改進韌性和塑變抗力的硬質(zhì)合金刀片，該刀片是用已知的方法在真空中燒結(jié)含氮的材料后，再在1280℃～1430℃溫度、40mbar～400mbar氮氣中處理刀片5min～100min，得到一種具有粘結(jié)相富集表面區(qū)的硬質(zhì)合金，其在粘結(jié)相富集表面區(qū)下層的區(qū)域中，粘結(jié)相的含量為該刀片內(nèi)部含量的0.85～1，而立方相的含量基本恒定且等于該刀片內(nèi)部的含量。此種刀片結(jié)構(gòu)對改進刀片韌性和塑變抗力起到了一定作用。從斷裂力學(xué)的觀點來看，具有富集粘結(jié)相表面區(qū)的硬質(zhì)合金可以吸收裂紋擴展能，防止裂紋的擴展，從而改進刀片的韌性，表現(xiàn)更加強韌的性質(zhì)。然而，在其后的應(yīng)用實踐中，我們發(fā)現(xiàn)富集粘結(jié)相表面區(qū)的存在降低了刀片的硬度和刃口強度，導(dǎo)致刀片刃口容易產(chǎn)生塑性變形，后刀面抗磨損能力下降。CN101214743A號中國專利文獻公開了一種用于加工鑄鐵的涂層刀片，該刀片基體的刃口兩邊形成粘結(jié)相富集表面區(qū)，粘結(jié)相富集表面區(qū)中間的扇形區(qū)域為立方相富集區(qū)，該結(jié)構(gòu)提高了刃口的抗塑性變形能力，但是在不銹鋼的車削加工中，其抗塑性變形、抗涂層剝落和抗磨損能力表現(xiàn)較差，有待進一步提高。