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山特維克SANDVIK切削刀具材料

2019-9-9 16:23:45??????點擊:

                                         切削刀具材料

切削刀具材料
 

簡介

在規劃成功的金屬切削工序時,切削刀具材料的選擇是一項重要考慮因素。

掌握每種切削刀具材料及其性能的基礎知識對于做出正確的選擇而言非常重要??紤]因素包括每道工序加工的工件材料、零件類型和形狀、加工條件和要求的表面質量水平。

本部分將介紹每種切削刀具材料及其優勢和最佳使用建議的相關信息。

切削刀具材料具有不同硬度、韌性與耐磨性的許多組合,分為具有特定性能的許多材質。通常,在其適用范圍內有成功表現的切削刀具材料應具有以下特性:

  • 足夠硬,具有抗后刀面磨損和抗變形性能
  • 韌性足夠高,具有抗整體破裂性能
  • 不與工件材料發生反應
  • 化學穩定性,具有抗氧化和抗擴散磨損性能
  • 抗熱疲勞性能
 

涂層硬質合金切削刀具材料

  • 涂層 - CVD
  • 涂層 - PVD
  • 硬質合金

什么是涂層硬質合金切削刀具材料?

目前,涂層硬質合金占所有切削刀片的80-90%。作為一種切削刀具材料,其成功可歸因于它實現了耐磨性與韌性的獨特結合,并且能夠被做成復雜的形狀。

涂層硬質合金是將硬質合金與涂層結合在一起。它們共同形成了針對具體應用而度身定制的材質。

涂層硬質合金材質是范圍廣泛的應用的首選。

 

涂層 - CVD

定義和特性

CVD代表化學氣相沉積。CVD涂層由700-1050 ℃高溫下發生的化學反應生成。

CVD涂層具有較高的耐磨性,對硬質合金有出色的附著性。

最先面市的CVD涂層硬質合金是單層碳化鈦 (TiC) 涂層。隨后推出了氧化鋁 (Al2O3) 涂層和氮化鈦 (TiN) 涂層?,F在使用的的碳氮化鈦涂層 (MT-Ti(C,N) 或MT-TiCN,也叫做MT-CVD)與硬質合金及其他涂層都具有良好的結合性能,從而大大改善了材質的性能。

現代的CVD涂層通常是將MT-Ti(C,N)、Al2O3與TiN結合在一起。通過顯微結構優化和先進的后處理技術對這些涂層在附著性、韌性和耐磨性方面進行了不斷改進,極大地改善了涂層性能。

MT-Ti(C,N) - 高硬度使其具有很高的抗磨粒磨損性能,從而減少后刀面磨損。

CVD-Al2O3 - 具有化學惰性和低導熱性,因此具有較高抗月牙洼磨損能力。它也充當隔熱層,以改進抗塑性變形能力。

CVD-TiN - 改進耐磨性并用于檢測磨損。

后處理 - 改善了切削刃口的強度,并減少與切屑的粘結趨勢。

應用

CVD涂層材質是耐磨性非常重要的各種不同應用的首選。這類應用常見于鋼件普通車削和鏜削 (通過厚CVD涂層確??乖卵劳菽p性能)、不銹鋼普通車削以及用于ISO P、ISO M、ISO K材料的銑削材質。對于鉆削,CVD材質通常應用于周邊刀片。

 

涂層 - PVD

定義和特性

物理氣相沉積 (PVD) 涂層在相對較低的溫度 (400-600 ℃) 下形成。該過程涉及到金屬原子或分子與氮等發生反應以在切削刀具表面形成硬質氮化物涂層。

PVD涂層的高硬度使其能夠增加材質的耐磨性。其殘留壓應力還能增加切削刃強度以及抗梳狀裂紋能力。

PVD涂層的主要成分如下所述?,F代涂層是由這些涂層成分按一定順序排列而成,其中包括多層復合涂層。多層復合涂層由許多納米級薄層組成,賦予這種涂層更高的硬度。

PVD-TiN - 氮化鈦是第一種面市的PVD涂層。它具有較好的綜合性能,顏色為金黃色。

PVD-Ti(C,N) - 碳氮化鈦的硬度高于氮化鈦 (TiN),可提高抗后刀面磨損性能。

PVD-(Ti,Al)N - 氮鋁鈦兼具高硬度和抗氧化性,可改善整體耐磨性。

PVD氧化物涂層 - 因其化學惰性和較強的抗月牙洼磨損性能而被使用。

應用

PVD涂層材質推薦用于既需要切削刃強度又需要刃口鋒利的應用場合以及切削粘性材料的應用場合。這類應用非常廣泛,包括所有整體立銑刀和整體鉆頭,以及用于切槽、螺紋加工和銑削的大多數材質都是PVD材質。PVD涂層材質還廣泛地用于精加工應用以及用作鉆削的中心刀片材質。

 

硬質合金

定義和特性

硬質合金是一種粉末冶金材料;這種復合材料由碳化鎢 (WC) 顆粒和富含金屬鈷 (Co) 的粘結劑組成。用于金屬切削應用的硬質合金含有超過80%的硬質相碳化鎢。硬質合金通常還會添加的重要成分是其他立方碳氮化物,特別是在梯度燒結材質中。硬質合金通過粉末壓制或注射成型技術形成最初的毛胚,然后進行燒結至最后的密度。

碳化鎢晶粒大小是調整一種材質的硬度/強度關系的最重要參數之一;對于給定的粘結相含量,晶粒越細意味著硬度越高。

富鈷粘結劑的含量和成分用于控制材質的強度和抗塑性變形能力。在碳化鎢晶粒大小相等的情況下,增加粘結劑含量將導致材質強度更高,但是更易出現塑性變形磨損。粘結劑含量過低會導致材料具有較高的脆性。

立方碳氮化物也被稱為γ相,添加的目的通常是提高紅硬性以及形成富鈷層(梯度燒結)。

梯度燒結將將更高的抗塑性變形能力與更高的切削刃強度完美結合在一起。立方碳氮化物富集于需要有較高紅硬性的刃口處。在切削刃以外,富含粘結劑鈷的結構更好地抑制裂紋擴展以及抗切屑錘擊。

應用

中等晶粒到粗晶粒碳化鎢

中等晶粒到粗晶粒碳化鎢使硬質合金實現了高紅硬性與高強度的最優組合。這些材料與CVD或PVD涂層結合用于適合所有應用范圍的材質。

細晶?;虺毦Я>ЯL蓟u

細晶?;虺毦ЯL蓟u通常與PVD涂層組合使用,用于確保具有較高強度的鋒利的切削刃。它們還對熱及機械循環載荷具有出色的抵抗力。典型應用包括整體硬質合金鉆頭、整體硬質合金立銑刀、切斷切槽刀片、銑削和精加工材質。

梯度燒結硬質合金

梯度燒結硬質合金的優異特性與CVD涂層有機結合,一起被成功地應用于鋼和不銹鋼車削以及切斷切槽的許多首選材質。

 

無涂層硬質合金

什么是無涂層硬質合金?

無涂層硬質合金材質在總切削刀具產品類別中所占的比例非常小。這些材質或為純碳化鎢/鈷的組合或含有大量的立方碳氮化物。

應用

這種切削刀具材料的典型應用是加工HRSA (高溫合金) 或鈦合金加工以及淬硬材料低速車削。

無涂層硬質合金材質的磨損速率較快但卻受控,并具有自銳作用。

 

金屬陶瓷切削

什么是金屬陶瓷?

金屬陶瓷是一種以鈦基硬質顆粒為主要成分的硬質合金。名稱“cermet”(金屬陶瓷) 是“ceramic”(陶瓷) 與“metal”(金屬) 的組合。傳統的金屬陶瓷是一種由碳化鈦 (TiC) 和鎳組成的復合材料?,F代的金屬陶瓷不含鎳,結構中包含碳氮化鈦Ti(C,N)為主要組成顆粒和 (Ti,Nb,W)(C,N) 等其他硬質相以及鈷基粘結劑。

Ti(C,N) 可增加材質的耐磨性,其他硬質相可提高抗塑性變形能力,鈷含量則用于控制材質的強度。

與硬質合金相比,金屬陶瓷具有更高的耐磨性和更低的粘結趨勢。另一方面,它具有較低的抗壓強度和較差的抗熱沖擊性能。金屬陶瓷也可涂覆PVD涂層以改善耐磨性。

應用

金屬陶瓷材質經常用于易出現積屑瘤問題的粘性材料加工。其良好的自銳性使其在長時間切削后也能保持較低的切削力。在精加工工序中,這能夠幫助實現長刀具壽命和小公差,并加工出光亮的表面。

典型應用包括不銹鋼、球墨鑄鐵、低碳鋼等材料的精加工。金屬陶瓷也可用于其他所有黑色金屬材料的加工。

提示:

  • 使用低進給和小切深
  • 在后刀面磨損達到0.3 mm時必須更換刀片切削刃
  • 在加工時如果出現熱裂紋及由其導致的崩刃,停止使用冷卻液。
 

陶瓷

什么是陶瓷?

所有陶瓷切削刀具在高切削速度下都具有出色的耐磨性。

有一系列不同陶瓷材質可用于各種不同的應用。

氧化物陶瓷是氧化鋁 (Al2O3) 基陶瓷,添加的氧化鋯 (ZrO2) 用于抑制裂紋。因此,這種材料的化學穩定性非常好,但是,抗熱沖擊性能不足。

(1) 混合陶瓷通過添加碳化物或碳氮化物 (TiC、Ti(C,N))顆粒來增強。這提高了混合陶瓷的強度和導熱性。

(2) 晶須增強陶瓷利用碳化硅晶須 (SiCw) 顯著提高陶瓷強度并且使之能夠適應使用冷卻液。晶須增強陶瓷是加工鎳基高溫合金的理想選擇。

(3) 氮化硅陶瓷 (Si3N4) 則是另外一種陶瓷材料。其柱狀晶體形成具有高強度的自增強材料。氮化硅材質加工灰口鑄鐵非常地成功,但缺乏化學穩定性限制了其在其他工件材料中的使用。

賽阿龍陶瓷 (SiAlON) 材質將自增強氮化硅的強度與氧化鋁基陶瓷的化學穩定性結合在一起。賽阿龍陶瓷材質是加工高溫合金 (HRSA) 的理想選擇。

(1) 混合陶瓷

(2) 晶須增韌陶瓷

(3) 氮化硅陶瓷

 

應用

陶瓷材質可用于范圍廣泛的應用和材料,最常用于高速車削工序,也用于切槽和銑削工序。正確應用每種陶瓷材質的特定性能能夠實現高生產率。掌握何時以及如何使用陶瓷材質的知識是成功的重要因素。

陶瓷的局限性包括較低的抗熱沖擊性能和斷裂韌性。

 

立方氮化硼

什么是立方氮化硼?

立方氮化硼 (CBN) 是一種具有出色紅硬性的切削刀具材料,可在切削速度非常高時使用。它也表現出良好的強度和抗熱沖擊性能。

現代常見CBN材質是CBN含量為40-65%,以陶瓷為粘結劑的復合材料。耐化學磨損的陶瓷粘結劑可提高CBN的抗月牙洼磨損性能。另外一種CBN是高含量CBN材質,CBN含量為85%至近100%。這些材質通常以金屬為粘結劑以提高強度。

CBN被釬焊到硬質合金載體上就形成了刀片。Safe-Lok?技術大大增強了CBN刀尖與負前角刀片的結合強度。

應用

CBN材質主要用于對硬度高于45 HRc的淬硬鋼進行精車。對于硬度高于55 HRc的鋼,CBN是能夠取代傳統上使用的磨削方法的唯一切削刀具。硬度低于45 HRc的較軟鋼中鐵素體含量較高,這會對CBN的耐磨性產生負面影響。

CBN也可用于在車削和銑削工序中對灰口鑄鐵進行高速粗加工。

 

聚晶金剛石

什么是聚晶金剛石?

PCD是一種由金剛石顆粒與金屬粘結劑一起燒結而成的復合材料。金剛石是所有材料中最硬的一種,因此最耐磨。作為切削刀具材料,它具有良好的耐磨性,但在高溫下缺乏化學穩定性,并且易溶于鐵。

應用

PCD刀具限于切削有色金屬材料,例如高硅鋁合金、金屬基復合材料 (MMC) 和碳纖維增強塑料 (CFRP)等。采用大流量冷卻液時PCD刀具也可用于鈦合金超精加工應用。

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