【正文】 TiN 的硬度為 HV1800 ～ 2021 ，密度為 ，熱導(dǎo)率為(m實(shí)用情況表明，與未涂層的高速鋼刀具 相比，涂層后高速鋼 刀具 的切削力可降低 5～ 10％，由于涂層材料有熱屏障作用， 刀具 基體切削部分的切削溫度也有所降低；工件已加工表面粗糙度減?。坏毒?使用壽命顯著提高。所以硬質(zhì)涂層材料。 涂層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學(xué) 性能穩(wěn)定、不與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)低，以及與基體附著牢固等要求。而高速鋼基體的硬度僅為HV800～ 850。近十年中， 刀具 制造行業(yè)已從美國(guó)、日本引進(jìn)了近 10 套 PVD 涂層設(shè)備，已出售各種涂層高速鋼 刀具 產(chǎn)品。 涂層高速鋼 刀具 約在 1980 年出現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)。 — 般，涂層材料用 TiN、 TiC 等，但多采用 TiN。還存在多次高溫加熱后粗大組織的遺傳，使最后的淬火組織不正常，易出現(xiàn)過(guò)熱或欠熱現(xiàn)象。形成的碳 化物均勻、細(xì)小、彌散、一般呈粒狀分布，沒(méi)有粗大共晶萊氏體組織。通過(guò)后續(xù)高溫淬火和高溫回火，使表面達(dá)到高速鋼的性能。新型低合金高速鋼的性能特點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度和韌性一般高于傳統(tǒng)高速鋼，二次硬化和 600℃ 以下的紅硬性略高于或接近于傳統(tǒng)高速鋼，但 600℃ 以上的紅硬性和高溫硬度低于傳統(tǒng)高速鋼，這是因?yàn)?W、 Mo含量大幅度降低引起的。 70 年代以后，由于合金資源短缺日趨嚴(yán)重，低合金高性能高速鋼的發(fā)展引起了 全世界的普遍貢視。希望隨著技術(shù)的改進(jìn)，這種技術(shù)能變的更加經(jīng)濟(jì)。日本著名的 OSG 公司用粉末冶金高速鋼制造了鉆頭、銑刀、絲錐， NACHI 公司制造了滾刀、插齒刀、剃齒刀。這類材料的高溫?zé)嵊捕雀撸诌m合制造難加工材料所用的刀具，確實(shí)是面面俱到。碳化物 顆粒均勻分布的表面較大，不易從刀具的切削刃上剝落，小尺寸刀具耐磨性提高 倍，大尺寸刀具提高 2030%。 [15] 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 牌號(hào)為 CPM T15 的粉末冶金高速鋼 ，它的強(qiáng)度、韌性分別是同化學(xué)成分的熔煉高速鋼的 2 倍及 倍。 與普通高速鋼的冶煉相比， 粉末冶金高速鋼的冶煉更具有其特殊性和先進(jìn)性 。 20 世紀(jì)后期，中國(guó)在熔煉 高性能高速鋼的研制和應(yīng)用方面已有很大進(jìn)展，不僅仿制了國(guó)外的優(yōu)秀鋼種，如 M4 M35 等，還研制開(kāi)發(fā)了具有中國(guó)特色的無(wú)鈷含鋁、少鈷含硅、 無(wú)鈷高釩含氮等高性能高速鋼種 ，性能很好。鋁能夠提高鎢、鉬在鋼中的溶解度，從而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，由于鋁化合物在鋼中能起 扎釘 作用，故鋼的常溫、 高溫硬度和耐磨性均得以提高 ，強(qiáng)度和韌性也都比較高，切削性能與 M42 相當(dāng)。在高釩高速鋼中也可加入適當(dāng)?shù)拟?，成為高釩含鈷高速鋼。鈷含量高、價(jià)格昂 貴，不適合中國(guó)國(guó)情。同樣，還有100W6Mo5Cr4V2(CM2)高碳高速鋼 ,但這種高性能高速鋼用得不多。 高性能高速鋼 在通用型高速鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整基本化學(xué)成分并添加其他合金元素， 使其常溫與高溫力學(xué)性能得到顯著提高 ，便可得到 高性能高速鋼。 與硬質(zhì)合金相比，高速鋼最大的 特點(diǎn) 就是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展應(yīng)用， 型號(hào)齊全，應(yīng)用廣泛， 從被發(fā)明起到現(xiàn)在依然有著旺盛的生命力 。 [14] 20 世紀(jì)中葉以后，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，各種難加工材料不斷涌現(xiàn)，通用高速鋼的性能已不復(fù)使用， 于是高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼相繼出現(xiàn) ，使高速鋼刀具材料的性能得到了很大提高。 高速鋼主要缺點(diǎn)是紅硬性低 ，耐磨性差，剛性不足，在現(xiàn)代高速、高效、高精度加工中而略嫌不足。這三種高速鋼的切削性能和力學(xué)性能近似，稱為通用型。 1898 年，美國(guó)機(jī)械與管理工程師泰勒 (Taylor .)和冶金學(xué)家懷特 (White M.)研制發(fā)明了高速鋼， 并作了系統(tǒng)切削試驗(yàn) 。一般選擇原則是： 一） 當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)， 應(yīng)以耐磨性 、耐熱性為主 。淬火后在 350℃ 以下低溫回火硬度下降在 350℃ 以上溫度回火硬度逐漸提高，至520~580℃ 范圍內(nèi)回火（化學(xué)成分不同，回火溫度不同）出現(xiàn)第二次硬度高峰，并超過(guò)淬火硬度，此為二次硬化。鉻對(duì)鋼的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作 用，對(duì)二次硬化也有一定的作用。鑄態(tài)高速工具鋼中的碳化物是共晶碳化物，經(jīng)熱壓力加工后破碎成顆粒狀分布在鋼中，稱為一次碳化物；從奧氏體和馬氏體基體中析出的碳化物稱為二次碳化物。由于其具有紅硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。在以上介紹的諸多改進(jìn)方法中： 細(xì)化晶粒的技術(shù)不成熟 涂層硬質(zhì)合金是目前正在大量應(yīng)用的技術(shù)，有 相當(dāng)好的效果 添加稀土金屬適合我國(guó)國(guó)情，可以適度研究并推廣 晶須增韌補(bǔ)強(qiáng)標(biāo)本兼治，值得大力研究發(fā)展 納米復(fù)合技術(shù)還不完善，也需要進(jìn)行此方面的研究 以上就是我得出的結(jié)論，我國(guó)在發(fā)展普通硬質(zhì)合金的同時(shí)，也需要 分重點(diǎn) 做好上述技術(shù)的改進(jìn)和革新。 硬質(zhì)合金刀具材料小結(jié) 硬質(zhì)合金刀具材料相比高速鋼刀具材料，它的優(yōu)點(diǎn)在于 更高的硬度、耐磨性、耐高溫性及抗腐蝕性等，可以滿足更高的切削速度，具有更長(zhǎng)的壽命。如以固溶體形式添加 VC抑制劑， WC，VC同時(shí)向 Co 相內(nèi)擴(kuò)散， V的溶解量有所減少，而 W的溶解量增加，孔隙充填更為容易，但同時(shí)也使 VC 的抑制作用下降；在冷卻過(guò)程中，由于部分 VC已經(jīng)以（ WW，V）的形式存在，使晶粒內(nèi)部的應(yīng)變減小，晶粒生長(zhǎng)更趨完整，從而提高了硬質(zhì)合金的機(jī)械物理性能。 （ 3）抑制添加方式 抑制劑的添加方式對(duì)超細(xì)硬質(zhì)合金性能影響極大。晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象主要發(fā)生 WC 的溶解沉淀過(guò)程中，即溶解在液相中并沉淀在較大 WC 晶體上而導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大。此外，彌散在硬質(zhì)合金基體材料中的納米顆?？梢种朴操|(zhì)合金晶粒在燒結(jié)過(guò)程中的長(zhǎng)大，綜合提高硬質(zhì)合金材料的機(jī)械性能。因此，采用納米復(fù)合強(qiáng)化使改善細(xì)晶粒硬質(zhì)合金性能的有效途徑。納米刀具材料的顯微結(jié)構(gòu)物具有納米級(jí)尺度， 由于尺寸效應(yīng)的作用，晶界面積增大 ，抗裂紋擴(kuò)張阻力提高，從而可獲得優(yōu)異的力學(xué)性能（如斷裂韌性，抗彎強(qiáng)度，硬度等），表現(xiàn)出良好的切削性能。在微觀條件下進(jìn)行這種研究嘗試需要多次的實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，目前這種技術(shù)還未成熟。如晶須含量過(guò)多，會(huì)因燒結(jié)困難而難以獲得致密度高的材料組織，從而影響硬質(zhì)合金材料強(qiáng)度；如晶須含量過(guò)少，則晶須增韌效果不明顯，材料斷裂韌性提高有限，晶須可能非但起不到增韌作用，反而成為多余夾雜物甚至缺陷源。m） ~ 晶須長(zhǎng)度（ 181。晶須的長(zhǎng)徑比取值 10。這種方法目前尚在進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)之中。但研究重點(diǎn)應(yīng)放在單晶 SiC 晶須上，這是由于 SiC本身具有良好的抗熱震性以及纖維狀（針狀） SiC 粉末體較易獲得。在基質(zhì)內(nèi)加入高彈性模量的晶須或顆粒均可引起裂紋偏轉(zhuǎn)增韌機(jī)制。晶須增韌機(jī)制主要表現(xiàn)為： 1）晶須在外界負(fù)載作用下從基質(zhì)中拔出時(shí)，因界面摩擦而消 耗掉一部分外界負(fù)載能量，從而達(dá)到增韌目的，其增韌效果受晶須與界面滑動(dòng)阻力的影響。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 硬質(zhì)合金刀 具材料的發(fā)展思路 應(yīng)用晶須增韌補(bǔ)強(qiáng)，納米粉復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)全面提高硬質(zhì)合金刀具材料的硬度，韌性等綜合性能，是硬質(zhì)合金刀具材料研究今后發(fā)展的重要方向。添加稀土元素的硬質(zhì)合金最適應(yīng)粗加工牌號(hào)，亦可用于半精加工牌號(hào)。但在某些場(chǎng)合，它確實(shí)能解決問(wèn)題。加深理論方面的研究和做好試驗(yàn)跟進(jìn)，是提高熱處理的技術(shù)的重要手段。利用循環(huán)熱處理工藝緩解或消除晶界間的應(yīng)力，可全面提高硬質(zhì)合金材料的綜合性能?？烧缤俸玫那嚆~劍也不如鋼劍一樣，涂層硬質(zhì)合金刀具的使用范圍也有限，而且只是改變了表面的性能，所以更好的解決辦法還是提高硬質(zhì)合金刀具材料自身的性能。溶膠 凝膠法制粉過(guò)程中防止粉末團(tuán)聚、提高粉末的熱穩(wěn)定性問(wèn)題也是一個(gè)研究的重要課題。在溶膠形成后也可以直接做成薄膜或纖維?，F(xiàn)在 多用三層、雙層或更多的層數(shù) ,是上述 4 種材料的組合。 [11] 30 余年來(lái)，涂層技術(shù)不斷發(fā)展， 表面涂層硬質(zhì)合金刀具的使用性能不斷提高，得到了廣泛應(yīng)用。 [10] 目前將 Al 原子植入 TiN 晶格間形成的新型 TiAlN 涂層 ,已成為全球制造業(yè)中使用最廣泛的刀具涂層之一。但是，采用涂層方法仍未能根本解決硬質(zhì)合金基體材料性和抗沖擊性較差的問(wèn)題。不遠(yuǎn)的將來(lái)，人們一定會(huì)研究出既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的細(xì)化晶粒技術(shù)。經(jīng)過(guò)ＥＣＡＥ工藝加工的粉體晶粒可明顯細(xì)化。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金與成分相同的普通硬質(zhì)合金相比，硬度可提高２ＨＲＡ以上，抗彎強(qiáng)度可提高６００～８００Ｍ Pa。普通硬質(zhì)合金晶粒度為 3～ 5181。應(yīng)用范圍極廣。 M 類相當(dāng)于我國(guó)原鎢鈦鉭鈷類通用合金，主要成分為 WC+TiC+TaC(NbC)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 十 Co，代號(hào)為 YW。 P、 M、 K(后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示其性能和加工時(shí)承受載荷的情況或加工條件。 刀具材料的分類 刀具材料通常分為六大類，包括若干系列。 正是因?yàn)檫@樣，我們才更應(yīng)該加緊加快在這方面的研究，迎頭趕上，通過(guò)我們的努力，讓中國(guó) 真正成為一個(gè)制造業(yè)方面的強(qiáng)國(guó)。此外，隨著經(jīng)濟(jì)體制改革，一些工具企業(yè)面向用戶開(kāi)發(fā)“量體裁衣”的非標(biāo)產(chǎn)品，承接生產(chǎn)線成套刀具開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，朝著與市場(chǎng)結(jié)合、為用戶服務(wù)的方向積極轉(zhuǎn)換經(jīng)營(yíng)機(jī)制。與此同時(shí)，我國(guó)在刀具 CVD、PVD 涂層工藝及裝備的研究開(kāi)發(fā)工作方面取得了較大的進(jìn)展，多元復(fù)合的 CVD工藝和國(guó)產(chǎn)裝備已進(jìn)入實(shí)用階段。高性能、 高可靠性、 高強(qiáng)度以及高耐熱、抗震性能的刀具是高本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 速切削刀具發(fā)展的重點(diǎn) , 納米復(fù)合與涂層、 剃度功能和多種增韌增強(qiáng)協(xié)同作用的刀具材料將是高速刀具研究的發(fā)展方向 [8]。目前國(guó)內(nèi)外適用料主要有 : 陶瓷刀具、 金剛石刀刀具、 涂層刀具等 。相對(duì)于開(kāi)發(fā)全新的刀具材料，對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行改進(jìn)，使其在性能上去蕪存菁無(wú)疑是更為實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的做法。因此 , PCD 應(yīng)用遠(yuǎn)比天然金剛石刀具廣泛。 20 世紀(jì) 70 年代初 , 美國(guó) GE 公司研制成功聚晶金剛石 ( PCD)刀片以后 , 在很多場(chǎng)合下天然金剛石刀具已經(jīng)被人造聚晶金剛石所代替。單晶金剛石用于制作切削刀具必須是大顆粒 , 由于人工合成大顆粒單晶金剛石制造技術(shù)復(fù)雜 , 生產(chǎn)率低 , 制造成本高。天然單晶金剛石刀具經(jīng)過(guò)精細(xì)研磨 , 刃口能磨得極其鋒利 , 刃口半徑可達(dá) m, 能實(shí)現(xiàn)超薄切削。近年來(lái) , 隨著數(shù)控機(jī)床的普遍應(yīng)用和數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展 , 可實(shí)現(xiàn)高效率、 高穩(wěn)定性、 長(zhǎng)壽命加工的金剛石刀具的應(yīng)用日漸普及 , 金剛石刀具已成為現(xiàn)代數(shù)控加工中不可缺少的重要工具。比較而言， Al2O3 的含量為 8%~12% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ， 材料的綜合力學(xué)性能比較好Al2O3 的 含量 12%時(shí)的力學(xué)性能：強(qiáng)度 900 MPa，硬度 GPa。而涂層鈦基硬質(zhì)合金的開(kāi)發(fā)將是繼涂層硬質(zhì)合金、涂層高速鋼之后，刀具材料領(lǐng)域本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 的又一新發(fā)展，將成為在高速精加工和半精加工領(lǐng)域一種通用的刀具材料，使這一加工領(lǐng)域的效率和質(zhì)量又上一個(gè)臺(tái)階。 Si3N4 相比 , Sialon 陶瓷刀具的抗氧化能力、 化學(xué)穩(wěn)定性、 抗蠕變能力與耐磨性能更高 , 耐熱溫度高達(dá)1300℃以上 , 具有較好的抗塑性變形能力 , 其沖擊強(qiáng)度接近于涂層硬質(zhì)合金刀具。因此 ,未來(lái)切削加工的發(fā)展方向是盡量少用切削液。長(zhǎng)期以來(lái) ,應(yīng)用切削液一直是提高刀具壽命和加工質(zhì)量的重要工藝因素 ,但也導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的惡化 ,而且也增加了制造成本。陶瓷材料的缺點(diǎn)是脆性本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 達(dá)，橫向斷裂強(qiáng)度低，承受沖擊載荷能力差，這也是近幾十年來(lái)人們不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的 重點(diǎn)。 氮化硅陶瓷和涂層氮化硅陶 瓷的開(kāi)發(fā)。 冶金粉末高速鋼逐步得到發(fā)展，整體水平迅速提高，應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，特別是制造大尺寸的復(fù)雜刀具。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第 二 章 刀具材料以及刀具 結(jié)構(gòu) 的發(fā)展 刀具材料的新發(fā)展及實(shí)用前景 實(shí)踐證明，在影響金屬切削技術(shù)發(fā)展的諸多因素中，刀具材料的發(fā)展起著 決定性的作用。 研究取得的成果及意義 由上述材料可見(jiàn)刀具材料正處在一個(gè)發(fā)展迅速，日新月異的時(shí)期。 研究手段、方式、方法 刀具材料正處在一個(gè)發(fā)展迅速，日新月異的時(shí)期。 以上材料說(shuō)明兩點(diǎn) ： 刀具材料在制造業(yè)中占有非常非常重要的位置 ，可以說(shuō)刀具材料的發(fā)展已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的第一大推動(dòng)力。刀具的發(fā)展對(duì)提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量具有直接影響。 這就給我們提出了一個(gè)新的挑戰(zhàn)：在新的發(fā)展形勢(shì)下，我國(guó)刀具材料的發(fā)展的大方向該是什么？具體又該重點(diǎn)發(fā)展哪些技術(shù)？本文將與大家逐步探討這些問(wèn)題。 在制造業(yè)的整個(gè)體系中，機(jī)械制造業(yè)是向所有 制造業(yè)提供技術(shù)裝備的行業(yè)，因此發(fā)展機(jī)械制造技術(shù)是發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的前提和基礎(chǔ)，被放在優(yōu)先發(fā)展的地位。因?yàn)榈镀菢?gòu)成刀具的功能元件，刀具的切削性能都取決于所設(shè)計(jì)刀片的性能，所以文中詳細(xì)介紹了刀片的設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各種幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)，并附有參考資料。合理選擇刀具材料是刀具制造的第一步，也是決定刀具使用性能的先決條件。 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的切 削性能首先取決于刀具材料，其次是幾何形狀、表面強(qiáng)化、熱處理、質(zhì)量保證等。 本文以車刀為代表，介紹了一般可轉(zhuǎn)位刀具的設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)原則。因而首先被世界上發(fā)達(dá)國(guó)家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的領(lǐng)域，并把制造科學(xué)與信息科學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)一起列為當(dāng)今四大支柱科學(xué)。我國(guó)的制造業(yè)還算不上非常發(fā)達(dá)，特別是在機(jī)械制造業(yè)最為重要的刀具的材料方面，還存在著許許多多的問(wèn)題。 刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無(wú)論