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针对难加工材料的车削新涂层

来源: 分类:河北睿达管道有限公司 查看:6次 时间:2021年08月30日

针对难加工材料的车削新涂层

近年来,最终用户的需求的不断进步使制造业的工件材料产生明显进展。例如,汽车和卡车更高的燃油效率的需求导致分量轻强度高如高强度钢和球墨铸铁等材料的使用增加。飞机发动机更高燃油效率和更安静的需求刺激纯度、高温强度和韧性更高的高温合金的发展。虽然勉强符合最终用户的需要,但这样的进展有使工件材料更难加工的倾向。就是这个原因,正趋势刀具界进行研究和发展,尤其是车削刀片领域。断屑槽、涂层还有基体化学成分对于刀具性能扮演重要角色。例如,车削刀具涂层技术的进展已经使球墨铸铁和最新的航空高温合金能有效加工。

高硬度MTCVD涂层改善球墨铸铁的加工

球墨铸铁已成为发动机零件和其它汽车、农用设备和机床工业上的零件的日益见的材料。这种合金提供较低的生产成本和良好的机械性能的组合。他们比钢材便宜,而比铸铁有更高的强度和韧性。

但同时球墨铸铁非常耐磨,有快速磨坏刀具材料的倾向。这种耐磨性很大程度上受珠光体含量影响。某一已知球墨铸铁的珠光体含量越高,它的耐磨性越好而且它的可加工性越差。

可以预计,高硬度和高耐磨的切削材质需考虑球墨铸铁的高耐磨性。并且事实上材质包含极硬的TiC或TiCN的厚涂层在切削速度每分钟322米时加工球墨铸铁被证明通常是有效的。但是随着切削速度的增加,切屑/刀具结合面的温度也在增加。当发生这样的情况,TiC涂层倾向于和铁发生化学反应并软化,更多的压力作用在抗月牙洼磨损的涂层上。在这些条件下,希望有一种化学稳定性更好的涂层,如Al2O3。

化学稳定性比耐磨性更成为一个重要的表现性能分界的确切速度和温度取决于被加工球墨铸铁的晶粒结构和性能。但是通常厚涂层的TiC或TiCN和仅有氧化物的较薄涂层是针对球墨铸铁应用的,因为今天大部分这类被加工材料的切削速度在每分钟252到335米之间。对于速度高于每分钟322米的应用,人们对这种材料是满意的。

为了使这个范围性能最优,山高研发和推出了针对球墨铸铁加工的材质TX252。这种材质有一个硬且抗变形的基体,对于加工球墨铸铁很理想。它的涂层由一层较厚的很耐磨的碳氮化钛和一层较薄的抗月牙洼磨损的氧化物涂层,顶面是一薄层TiN。这种涂层运用目前工艺水平的产生耐磨性和抗月牙洼磨损需要的CVD涂层的全部硬度而且韧性平滑性增加的中温化学气相沉积工艺。基体/涂层的组合性能给予很高的抗塑性变形和刃口微崩能力,使之成为正常速度下加工球墨铸铁的理想材质。

涂层陶瓷也表现出能有效加工球墨铸铁。在过去,未涂层的韧性较好的诸如氮化硅和碳化硅纤维强化的氧化铝陶瓷应用受工件材料化学亲和性的限制。但是今天通过使用能抵抗切屑变形过程产生高热量的涂层刀具寿命已经显著增加。而某些早期这个领域的工件加工使用氧化铝涂层晶须强化陶瓷,今天的多数研究活动集中于TiN涂层氮化硅。这种涂层能显著拓宽韧性较好的陶瓷的应用范围。

高温合金

虽然涂层的发展已在黑色材料应用里产生最多戏剧性的生产率提高,也在高温合金和钛合金加工中取得改善。细颗粒硬质合金和PVD涂层的发展,以及怎样运用陶瓷和CBN切削材料的知识增加都对更高的金属切除率和提高表面光洁度作出贡献。

这些进展对汽轮机应用所需的在高温保持其强度的合金的高效加工特别有用。这种‘超级合金’用能保持清洁而且韧性也更好的很复杂的方法来处理和生产。结果,超级合金能使用的平均温度以每年华氏26度的速率增加,而且没有迹象显示这种趋势将会改变。但是它的每一次发展将对可加工性造成负面影响。

随着超级合金高温强度的增加,作用在刀片切削刃上的力也在增加。结果,曾经能很满意地加工很多钛合金和镍基合金的硬质合金材质C-2在应用到当今的合金时遭受切削刃的压碎和切削深度线处严重的沟槽磨损。但是用最新的细颗粒硬质合金能有效加工超级合金,刀具寿命得到提高,更重要的是提高在高温合金应用时的可靠性。细颗粒硬质合金有比传统硬质合金材质更高的压缩强度和硬度,只是在韧性方面增加少量的成本。而结果是在高温合金加工上比传统硬质合金抵抗常见失效模式更有效。

PVD涂层也被证明有效加工高温合金。TiNPVD涂层是最早使用的并仍然是最受欢迎的。最近,TiAlN和TiCN涂层也能很好使用。TiAlN涂层应用范围和TiN相比它的限制更多。但是当切削速度提高后它们是一个很好的选择,在那些应用提高生产率达42%。另一方面,在较低的切削速度下取决于涂层的表面工况TiAlN会导致积屑瘤、随后的微崩和沟槽磨损。TiCN比其它两种涂层都硬,尤其在铣削时获得更好的刀具寿命。

近来,用于高温合金应用的材质已经发展了,这些涂层由几层组合而成。大量的实验室和现场测试已经论证了这种组合和其它任何一种单一涂层相比在很宽范围的应用时很有效。因此针对高温合金应用的PVD复合涂层可能成为硬质合金新材质研发持续的焦点。和MTCVD涂层、涂层陶瓷集合在一起,它们有望成为更有效加工正在研发的新的更难加工工件材料的主要冲击力量。

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