工具的材料和涂层对其切削性能的影响(2)

2009-07-06 祝新发 上海工具厂有限公司

刀具材料对切削性能的影响

  比较图3, 2号刀具和3号刀具涂层相同,制作材料不同,切削寿命相差悬殊。可见,刀具的制作材料对刀具的切削性能影响很大。

  下面就对用材料A 和材料B 制作的刀具进行比较。

  高速铣削特别是对淬硬钢进行铣削来说,要求制作刀具的硬质合金具有高硬度、良好的韧性和抗弯强度。下面从硬度、韧性和抗弯强度三个方面对这两种材料进行比较。

  两种材料的硬度、断裂韧性、抗弯强度及其他性能指标如表3所示。

表3  两种硬质合金的综合性能

两种硬质合金的综合性能 

  从表3可知,虽然A的Co含量为12% ,大于B的10%,但是,实际测量的结果为: A 材料硬度为1730 HV,B 材料硬度为1600 HV,两者的硬度差异主要体现在晶粒度的不同。图6 也反映了这种规律,即钴含量相同,随着晶粒度的减小,硬质合金的硬度增高。A 的晶粒度小于B 的晶粒度,后者为0. 8 μm ,而前者仅为0. 4μm ,因此虽然A的Co含量12%大于B的Co含量10% ,但是A的硬度仍然高于B的硬度。

Co 含量对硬质合金硬度的影响 

图6 Co 含量对硬质合金硬度的影响

     硬质合金的断裂韧性与钴含量和晶粒度的关系如图7所示。

  从图7可见,随着钴含量的增加,硬质合金断裂韧性增大;随着晶粒度的增大,硬质合金断裂韧性增大。

  虽然B的晶粒度大于A的晶粒度,但由于A的钴含量大于B的钴含量,使得A硬质合金的韧性仍然高于B硬质合金的韧性。通过计算可知, A的断裂韧性KIC = 9. 86MNm- 3 /2 ,B的KIC = 9MNm- 3 /2。

硬质合金Co 含量对断裂韧性的影响 

图7  硬质合金Co 含量对断裂韧性的影响

  有关硬质合金断裂韧性的计算公式如下:KIC = 0. 0028 ×[ (HV ×P) /L ]1 /2  MNm-3/2式中: HV为维氏硬度(N /mm2 ) ; P为载荷(N) ,本次试验载荷为298 N; L 为维氏硬度压痕四顶点处裂纹的长度和(mm) 。关于抗弯强度,两者相当,均为4000N/mm2 左右。

  可见,从硬度、韧性、抗弯强度等指标综合考虑,对于淬硬钢高速铣削来说,A材料优于B材料。

结论

  (1)在刀具涂层方面,对于淬硬钢的高速铣削,TiAlCN涂层综合性能优于TiAlN涂层。

  (2)在刀具制作方面,对于淬硬钢的高速铣削,A硬质合金综合性能优于B硬质合金。

  (3)刀具在进行切削时,其制作材料和涂层具有一最佳匹配。在本试验中,对于淬硬40Cr钢的铣削来说,A材料制作、带TiAlCN涂层的刀具切削寿命最高,材料与涂层为最佳匹配。

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