[發明專利]用于鋼材車削的硬質合金涂層刀片

有效

• 申請號: 201010211139.2
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN101879612A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 劉王平;陳響明;王社權;李秀萍
• 申請（專利權）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: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種硬質合金刀片，尤其涉及一種車削用的硬質合金涂層刀片。

背景技術

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。一股來說，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。實驗數據表明，刀片早期破損受熱應力影響較小，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裂紋失穩擴散所致的脆性破損和過高的加工溫度導致的塑性變形。

鋼材是含碳量在0.04％～2.3％之間的鐵碳合金，具有很高的韌性和塑性。加工鋼材過程中發生塑性變形時，因塑性區域增大而使塑性變形功增大，導致切削力增大，切削溫度偏高，從而易導致刀具發生粘結磨損，并且多形成帶狀切屑，切屑與前刀面產生劇烈的摩擦而形成高溫。因此，高效車削加工鋼材會產生較大的切削力和較高的切削溫度，刀具主要的失效模式有在切削力和切削溫度作用下導致刃口發生的塑性變形，也有高溫下工件材料與刀具材料粘結導致的粘結磨損、擴散磨損和氧化磨損。為了適應鋼材高速高效車削加工的要求，刀片應當具有更高的韌性、高溫強度和高溫硬度。

目前，具有粘結相富集表面區域的涂層硬質合金刀片廣泛用于鋼材等合金的機械加工中，粘結相富集表面區域拓寬了刀片的應用范圍，使之能應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越性在涂層刀片中實現了較好的統一。

在刀片基體的制備中，制造含有WC、立方相和粘結相富集表面區的硬質合金屬于梯度燒結技術，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)已經公開了粘結相含量梯度變化的硬質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相富集表面區。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合金刀片，該刀片是用已知的方法在真空中燒結含氮的材料后，再在1280℃～1430℃溫度、40mbar～400mbar氮氣中處理刀片5min～100min，得到一種具有粘結相富集表面區的硬質合金，其在粘結相富集表面區下層的區域中，粘結相的含量為該刀片內部含量的0.85～1，而立方相的含量基本恒定且等于該刀片內部的含量。此種刀片結構對改進刀片韌性和塑變抗力起到了一定作用。從斷裂力學的觀點來看，具有富集粘結相表面區的硬質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，表現更加強韌的性質。然而，在其后的應用實踐中，我們發現富集粘結相表面區的存在降低了刀片材料的屈服強度和硬度，導致刀片刃口容易產生塑性變形，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相富集表面區，粘結相富集表面區中間的扇形區域為立方相富集區，該結構提高了刃口的抗塑性變形能力，但是在鋼材的車削加工中，其后刀面抗磨損能力表現較差，抗塑性變形能力也有待進一步提高。