高速鋼刀具涂層材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展

高速鋼刀具涂層材料的爭(zhēng)論現(xiàn)狀和進(jìn)展1、高速鋼刀具涂層材料及其特性隨著切削加工不斷向高速、高精度的方向進(jìn)展，對(duì)于使用量大面廣的高速鋼刀具，如何改善切削性能、提高加工效率、延長(zhǎng)使用壽命，始終是人們關(guān)注的問題。TiN是一種抱負(fù)的刀具涂層。承受磁控濺射離子鍍法(MPTiN度快、基體溫升小、鍍膜質(zhì)量高和便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在工藝掌握難度較大的缺點(diǎn)uJ。高速鋼刀具涂層是通過物理或化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，在刀具表麗涂覆一層或多層具有特別要求(如耐磨、耐熱)的難熔金屬化合物(硬涂層，如NMoS。，WS。，純石墨等)，從而提高刀具的綜合性能和使用壽命。因犯難熔金屬化合物具有硬度高、耐磨和耐熱等特點(diǎn)，所以硬涂層在切削過程中就如同是在高速鋼刀具與切屑之間增加了一道耐瘞、耐熱的屏障，大大提高了高速鋼刀具的耐磨性能和耐高溫性能【1】。硬涂層材料按化學(xué)特性分為三組：金屬鍵、共價(jià)鍵和離子鍵。具有共價(jià)鍵和離子鍵構(gòu)造的硬涂層材料具有硬度高、耐磨性好、外表自由能低、化學(xué)惰性大、高溫穩(wěn)定性好以及與工件材料的親和性小等特性，是抱負(fù)的刀具涂層材料【2】。但由于具有共價(jià)鍵和離子鍵構(gòu)造的硬涂層材料，有的與高速鋼的性能差異較大、附著性差、脆性大、韌性差且涂層易開裂和剝落，起不到對(duì)刀具外表的保護(hù)作用；而具有金屬鍵構(gòu)造的過渡金屬氮化物、碳化物和硼化物，其綜合性能較好，且與金屬的結(jié)合及層問匹配性良好，因而在高速鋼刀具的硬涂層材料中占有重要的地位。2、承受磁控濺射離子鍍方法對(duì)高速鋼進(jìn)展TiN試驗(yàn)用基體材料承受高速鋼w18c14V，試樣尺寸為≯1010mm，共1530534在西南核物理爭(zhēng)論所研制的磁控濺射離子鍍膜機(jī)上進(jìn)展鍍膜，具體工藝為：試樣在鍍膜室內(nèi)認(rèn)真離5IIlinTiN500℃，靶室真空度為3．210。1Pa1【3】。表l4射線衍射分析、膜層厚度測(cè)量、顯微硬度測(cè)定和摩擦磨損試驗(yàn)，以檢測(cè)各項(xiàng)性能指標(biāo)，制定最正確工藝方案。通過試驗(yàn)結(jié)果與分析得出：爭(zhēng)論說明，對(duì)高速鋼w18c14V離子鍍進(jìn)展了TiNTiN的硬度和耐磨性，延長(zhǎng)高速鋼刀具使用壽命。濺射時(shí)間是影響膜層厚度的主要因素，隨著時(shí)間增加，膜厚、硬度和耐磨性均增大。氮分壓掌握膜的相組成，隨著氮分壓增大，膜厚和耐磨性均增大，而硬度呈先上升后下降增大，而硬度和耐磨性降低。在本試驗(yàn)中，綜合比較各項(xiàng)性能，4試樣的膜厚最符合要求，硬度和耐磨性的綜合性能最好?？梢怨懒?，隨著磁控濺射離子鍍技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用領(lǐng)域的開拓，磁控濺射離子鍍技術(shù)在材料外表改性方面將會(huì)有更大的進(jìn)展空間【4】。3、氮化鈦涂層對(duì)高速鋼刀具爭(zhēng)論及其應(yīng)用國(guó)內(nèi)加工工業(yè)的騰飛時(shí)期的到來為刀具市場(chǎng)開發(fā)帶來了的進(jìn)展契機(jī)。隨著近代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，切削刀具材料從碳素工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金到復(fù)合材料，有了很大的進(jìn)步。然而目前所使用的各類刀具普遍存在著使用壽命短而影響生產(chǎn)效率的問題，其中大多由于外表硬度和耐磨性不夠高所致。因此，應(yīng)用外表強(qiáng)化工藝技術(shù)是改善刀具使用壽命，提高切削加工效益的一條極其有效的途徑。在眾多的外表強(qiáng)化工藝技術(shù)中，氮化鈦(TiN)涂層是一種獨(dú)特的外表強(qiáng)化工藝。目前，國(guó)外興旺國(guó)家的高速鋼刀70％以上利用了這一技術(shù)。材料一般用TiC／TiCN／TiN和TiC／A1201／TiNcIMT2023公司的CVDTiCN／A1203，TiCN／TiC／TiN，TiCN／TiC／A1203，TiCN／A1203／TiN，TiCN／TiC／A120，／TiN，TiCN／A120，／TiCN／TiN，TiC／TiCN／TiNTin／TiCN／TiN等。用TiCN或TiN可能承受了梯度的成分構(gòu)造。用CVD薄膜(10址m以下)，用以加工有色金屬和非金屬材料。常用的工藝有“熱絲CVDCVD5】。用一樣用一樣方法還可以制成金剛石厚膜，進(jìn)一步做成刀具使用。a、應(yīng)用實(shí)例：華源拖拉機(jī)廠齒輪分廠是生產(chǎn)拖拉機(jī)齒輪、花鍵軸的專業(yè)生產(chǎn)廠高速鋼齒輪刀具用量大，耗資費(fèi)用高。為延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高齒輪刀具壽命，為此引進(jìn)了氮化鈦涂層技術(shù)，并進(jìn)展了切削試驗(yàn)。試驗(yàn)15總成中的左、右半軸。選擇試驗(yàn)對(duì)象的緣由是這兩種零件生產(chǎn)批量大，耗用刀具多，材料不同。其中，減速大齒輪用20CrMnTi，正火后加工；左、40Cr，調(diào)質(zhì)后加工。試驗(yàn)條件，試驗(yàn)是涂層刀具和非涂層刀具在一樣條件下進(jìn)展切削，即一樣機(jī)床、一樣加工對(duì)象、一樣切削參數(shù)。試23。試驗(yàn)結(jié)論：初步試驗(yàn)，使用同一機(jī)床，同一切削參數(shù)，使用氮化鈦涂125100％。使用同一機(jī)床，同一切削參數(shù)，使用氮化鈦涂層滾刀比不涂層滾刀提高刀具42％，33％【6】。(1)氮化鈦涂層刀具，應(yīng)用范圍較廣，特別適合于外形較為簡(jiǎn)單的高速鋼制作的齒輪加工刀具及銑刀、鉆頭、絲錐等。目前，齒輪分廠主要應(yīng)用涂層的刀具有：齒輪滾刀、插齒刀、花鍵滾刀、鍵槽銑刀、鉆頭、滾絲刀和剃齒刀。螺旋錐齒輪銑刀頭涂層的預(yù)備工作正在進(jìn)展中。(2)氮化鈦涂層刃具目前主要用于加工分廠擔(dān)當(dāng)?shù)奶┥较盗型侠瓩C(jī)及TY系列拖拉機(jī)變速箱齒輪，左、右半軸，二、三、四軸的制齒加工；z50z50加工，合計(jì)近百種零部件。另外，青島其次齒輪廠局部泰山系列拖拉機(jī)齒輪也承受了齒輪分廠涂層氮化鈦刀具，效果反映良好。(3)我廠現(xiàn)使用氮4555．14、TiAlN物理氣相沉積(PVD)技術(shù)制備的TiN摩擦系數(shù)等特性，在工業(yè)生產(chǎn)中已獲得了廣泛的應(yīng)用，但其與基體的結(jié)合力較弱、脆性大、易剝落，特別是在耐高溫性能方面存在的缺陷，限制了它的進(jìn)一步進(jìn)展在TiNAl，得到的TiAlN性、高溫氧化性及與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度等方面表現(xiàn)出比TiN的性能，因此在高速鋼及硬質(zhì)合金刀具和耐磨零部件等方面有廣泛的應(yīng)用【7】。眾所周知，在高速鋼上沉積與其硬度、彈性模量及熱膨脹系數(shù)差異較大的硬質(zhì)陶瓷涂層將會(huì)很難保證涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。此外，在外形