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(duì)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(jì)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(shí)驗(yàn)優(yōu)化了Ti(C，

2、N)基金屬陶瓷刀具材料TWM6NC10的復(fù)合粉體的球磨混合工藝。結(jié)果表明，當(dāng)球磨時(shí)間為24h、球磨轉(zhuǎn)速為350r/min時(shí)，TWM6NC10的力學(xué)性能和微觀組織較好，其抗彎強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(xué)性能和微觀組織較好，其抗彎強(qiáng)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(duì)密度高達(dá)99.8％。
　　在刀具材料體系TWM4NC8的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)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(xué)性能和微觀組織較好，其抗彎強(qiáng)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(duì)密度分別是99.4％和99.8％。不添加WC的TMNC的抗彎強(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(xué)性能和微觀組織，三種刀具材料的抗彎強(qiáng)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(yàn)法，以工件材料去除量為優(yōu)化目標(biāo)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(jī)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(shí)的主要失效形式是后刀面磨損，后刀面的主要磨損機(jī)理是粘結(jié)磨損、氧化磨損和擴(kuò)散磨損;切削熱作模具鋼H13和馬氏體不銹鋼17-4PH時(shí)前刀面存在接觸疲勞或熱應(yīng)力疲勞導(dǎo)致的