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切削刀具材料-涂层硬质合金

当前在所有切削刀具刀片中,涂层硬质合金占80-90%。它作为刀具材料的成功之处在于其耐磨性和韧性的独特组合,以及各种复杂形状的成形能力。

涂层硬质合金将硬质合金和涂层结合在一起。它们共同形成一种适用于其应用的特定
牌号。

 

数控刀具
涂层硬质合金牌号为众多刀具和应用的首选。

涂层 – CVD

定义和性质

 

数控刀具

CVD代表Chemical Vapor Deposition (化学气相沉积)。CVD涂层是在700-1050℃高温的环境下通过化学反应获得的。

CVD涂层具有高耐磨性,并对硬质合金具有极强的粘附性。

最先推出的CVD涂层硬质合金为单层碳化钛涂层 (TiC)。之后发明了氧化铝涂层 (Al2O3) 和氮化钛 (TiN)涂层。现代的碳氮化钛涂层 (MT-Ti(C,N) 或MT-TiCN,也称为MT-CVD)提高了其与硬质合金的粘附性,更好地保护硬质合金,从而提高了牌号的性能。

现代CVD涂层将MT-Ti(C,N)、Al2O3 和TiN结合在一起。通过显微结构优化和后处理,涂层在附着力、韧性和耐磨性方面获得不断改进。

 

MT-Ti(C,N) - 其硬度提供了耐磨料磨损性能,从而可降低后刀面磨损。

CVD-Al2O3– 具有化学惰性,热传导率低,使其可耐月牙洼磨损。它也充当热障,可提高抗塑性变形的能力。

CVD-TiN - 提高耐磨性,并用于磨损检测。

后处理 - 提高间断切削的切削刃韧性,并降低粘结趋势。


应用

CVD涂层牌号是许多重点考虑耐磨性的应用的首选。此类应用包括:用于钢材的普通车削和镗削,较厚的CVD涂层可提供耐月牙型磨损性能;用于不锈钢的普通车削;用作铣削刀具牌号时,加工ISO P、ISO M、ISO K材料。对于钻削,CVD牌号通常用于周边刀片。

 

涂层 – PVD

定义和性质

 

数控刀具

物理气相沉积 (PVD - Physical Vapor Deposition) 涂层在较低温度 (400-600°C) 下形成。在该过程中,气相的金属与气体,比如氮,发生反应,从而在切削刀具表面形成硬质氮化涂层。

PVD涂层由于高硬度而增加了牌号的耐磨性。它们的压应力也增加了切削刃韧性和抗梳状裂纹的能力。

主要的PVD涂层种类如下所述。现代的PVD涂层通常由以下不同涂层组成多层涂层和(或)复合涂层。复合涂层由相当多数量的极薄涂层构成,每层厚度通常为纳米级,从而使涂层硬度更高。

 

PVD-TiN - 氮化钛是最早使用的PVD涂层。它性能全面,呈金黄色。

PVD-Ti(C,N) - 碳氮化钛比氮化钛硬,它增加了后刀面耐磨性。

PVD-(Ti,Al)N - 铝氮化钛具有高硬度和耐氧化性,从而提高材料的总体耐磨性。

PVD氧化涂层 - 利用其化学惰性,增强材料的耐月牙洼磨损性能。

 


应用

对于要求耐磨且锋利的切削刃以及加工粘软材料,推荐使用PVD涂层牌号。这种应用很普遍,包括所有整体硬质合金立铣刀和钻头,以及切槽、螺纹加工和铣削的大多数牌号。PVD涂层牌号广泛用于精加工,并在钻削中用作重要刀片牌号

 

硬质合金

定义和性质

硬质合金是粉末冶金材料;它是碳化钨 (WC) 微粒与富含金属
钴 (Co) 的粘合剂组成的混合物。用于金属切削的硬质合金包
含80%以上的硬相WC。立方碳氮化物是另一重要成分,特别是在
应用梯度烧结的牌号中。

硬质合金的形成,先是通过粉末压制或射压成型技术压成一
体,然后将其烧结至全密度。

 

WC粒度是调整牌号硬度/韧性关系的最重要的参数之一;在粘结相含量相同的条件下,粒度越细,硬度越高。

富钴粘合剂的含量和成分控制牌号的韧性和抗塑性变形能力。在WC粒度相同时,增加粘合剂的含量可增强牌号韧性,但这更易于发生塑性变形磨损。粘合剂的量太低会导致材料呈现脆性。

立方碳氮化物也称为γ相,通常会加入材料以增加热硬性和形成梯度功能层。

梯度用于使材料的抗塑性变形能力提高的同时保持切削刃韧性。集中在切削刃上的立方碳氮化物提高了该处所需的热硬性。在切削刃之外的区域,富含粘合剂的硬质合金可以抑制裂纹的产生和抗切屑锤击而导致的破损。


应用

 

数控刀具

中等到粗WC粒度
中等到粗WC粒度使烧结硬质合金成为高热硬性和韧性的完美组合。在牌号中它们与CVD或PCD涂层结合使用,用于所有领域。

 

数控刀具

细或超细WC粒度
细或超细WC粒度用于带PVD涂层的锋利切削刃,以提高锋利切削刃的强度。它们还具有出色的耐热和承受机械循环载荷的能力。典型应用有整体硬质合金钻头、整体硬质合金立铣刀、切断和切槽刀片、铣削以及精加工牌号。

 

数控刀具
梯度烧结硬质合金
梯度烧结的优越性与CVD涂层成功结合,应用在钢材和不锈钢的车削、切断和切槽的许多首选牌号上。


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