低缺陷Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具的研制及切削性能研究.pdf

1、本文結(jié)合Ti(C,N)基金屬陶瓷材料微觀組織缺陷的種類和高速切削加工對刀具材料的要求，界定了低缺陷Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具材料內(nèi)涵，設(shè)計并優(yōu)化了低缺陷Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料的組分體系和制備工藝，成功研制出了三種低缺陷Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料，研究了所研制的三種低缺陷陶瓷刀具濕式連續(xù)切削熱作模具鋼H13、馬氏體不銹鋼17-4PH和奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti等難加工材料的切削性能。
　　實驗優(yōu)化了Ti(C，

2、N)基金屬陶瓷刀具材料TWM6NC10的復合粉體的球磨混合工藝。結(jié)果表明，當球磨時間為24h、球磨轉(zhuǎn)速為350r/min時，TWM6NC10的力學性能和微觀組織較好，其抗彎強度、維氏硬度和斷裂韌度分別是10524±45MPa、19.58±0.34GPa和6.31±0.18MPa·m1/2。
　　實驗優(yōu)化了Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料中Mo和Ni-Co的含量。結(jié)果表明，TWM4NC8的力學性能和微觀組織較好，其抗彎強度、維氏硬度

3、和斷裂韌度分別是1243±86MPa、19.24±0.1GPa和5.43±0.16MPa·m1/2，相對密度高達99.8％。
　　在刀具材料體系TWM4NC8的基礎(chǔ)上，實驗優(yōu)化了Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具材料中WC、TaC和HfC的含量。結(jié)果表明，TWMNCT6和TWMNCTH1的力學性能和微觀組織較好，其抗彎強度分別是1382±144MPa和1281±100MPa，維氏硬度分別是19.11±0.15GPa和19.84±0.26

4、GPa，斷裂韌度分別是5.45±0.21MPa·m1/2和5.24±0.31MPa·m1/2，相對密度分別是99.4％和99.8％。不添加WC的TMNC的抗彎強度比TWM4NC8提高了300MPa以上，斷裂韌度略有提高，但硬度略有下降，其抗彎強度、維氏硬度和斷裂韌度分別是1436±135MPa、18.81±0.15GPa和5.67±0.26MPa·m1/2。
　　實驗優(yōu)化了TMNC、TWMNCT6和TWMNCTH1的燒結(jié)工藝。結(jié)果

5、表明，在燒結(jié)溫度為1400℃、保溫時間為30min和壓力為32MPa的燒結(jié)工藝下，TMNC、TWMNCT和TWMNCTH都獲得了最好的力學性能和微觀組織，三種刀具材料的抗彎強度分別為1787±132MPa、1759±123MPa和1563±120MPa，維氏硬度分別為18.75±0.15GPa、18.55±0.16GPa和19.34±0.15GPa，斷裂韌度分別為6.02±0.12MPa·m1/2、6.07±0.16MPa·m1/2和6

6、.09±0.30MPa·m1/2。
　　采用正交試驗法，以工件材料去除量為優(yōu)化目標，兼顧加工表面粗糙度和刀具磨損壽命，研究了新研制的三種低缺陷Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具濕式連續(xù)切削熱作模具鋼H13、馬氏體不銹鋼17-4PH和奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能。切削熱作模具鋼H13時，刀具TMNC和TWMNCT的最優(yōu)切削用量都是v=90m/min、ap=0.20mm和f=0.10mm/r，刀具TWMNCTH的最優(yōu)切削用量是

7、v=90m/min、ap=0.15mm和f=0.10mm/r，三種刀具的磨損壽命分別是23.9min、25.5min和35.8min。在v=90m/min、ap=0.20mm和f=0.10mm/r的切削用量下，刀具TWMNCTH的磨損壽命為22.1min，商用刀具LN10、CX50和JC215V的磨損壽命分別為4.7min、8.0min和12.5min。所以，三種低缺陷刀具比三種商用刀具更適合用于切削熱作模具鋼H13。
　　切削馬

8、氏體不銹鋼17-4PH時，刀具TMNC的最優(yōu)切削用量為v=300m/min、ap=0.30mm和f=0.10mm/r，TWMNCT的最優(yōu)切削用量為v=300m/min、ap=0.25mm和f=0.10mm/r，刀具磨損壽命分別為152.3min和169.2min。在v=300m/min、ap=0.30mm和f=0.10mm/r的切削用量下，刀具TWMNCTH和商用刀具CX50的磨損壽命分別為155.6min和66.7min。
　　

9、切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時，刀具TWMNCT的最優(yōu)切削用量為v=300m/min、ap=0.35mm和f=0.10mm/r，在此切削用量下，低缺陷陶瓷刀具TMNC、TWMNCT、TWMNCTH和商用刀具LN10的磨損壽命分別為66.7min、57.2min、55.6min和124.5min。但是，低缺陷陶瓷刀具加工的工件表面粗糙度Ra均小于1.2μm，而LN10在切削55min后，加工表面粗糙度Ra＞1.60μm，刀具提前失

10、效。所以在考慮加工表面粗糙度的情況下，低缺陷陶瓷刀具的磨損壽命優(yōu)于商用刀具LN10。
　　研究了三種低缺陷陶瓷刀具濕式連續(xù)切削熱作模具鋼H13、馬氏體不銹鋼17-4PH和奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的刀具失效形式和機理。結(jié)果表明，三種刀具濕式連續(xù)切削三種難加工材料時的主要失效形式是后刀面磨損，后刀面的主要磨損機理是粘結(jié)磨損、氧化磨損和擴散磨損;切削熱作模具鋼H13和馬氏體不銹鋼17-4PH時前刀面存在接觸疲勞或熱應(yīng)力疲勞導致的