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无钴型超级硬质合金新牌号

 
核心提示:  在制造切削刀具的过程中,钴(Co)作为一种有效的结合剂,可以将硬质颗粒(如硬质合金、CBN和PCD)粘结到一起。但是,在切削
   在制造切削刀具的过程中,钴(Co)作为一种有效的结合剂,可以将硬质颗粒(如硬质合金CBN和PCD)粘结到一起。但是,在切削加工中,由于刀具材料中的钴熔点较低(约为1,495℃,而硬质合金的熔点为2,870℃),在高温作用下会软化,并出现月牙洼和产生磨粒磨损及塑性变形。

  为了解决这一问题,位于美国加州的SRL Nano公司开发了一系列硬质合金新牌号,这些牌号采用一种已获得专利的合金材料替代钴作为结合剂,而这种结合剂材料的熔点接近硬质合金的熔点。这种被SRL公司称为“超级硬质合金(Hyper-Carbide)”的新牌号其硬度超过2,000HV,约为钴结合剂硬质合金硬度的3倍,因此非常适合加工淬硬钢、淬硬高温合金、蠕墨铸铁乃至其他硬质合金材料。然而,正是这种超高硬度使其比其他硬质合金牌号具有更大的脆性,因此很难在在制造切削刀具的过程中,钴(Co)作为一种有效的结合剂,可以将硬质颗粒(如硬质合金、刀具上获得足够的刀尖强度。

  据SRL公司介绍,当这种超级硬质合金与钴结合剂硬质合金具有相同的硬度时,其强韧性更好,某一种超级硬质合金牌号的横向断裂强度达到4827MPa(700ksi)。

  SRL公司将K型棱带和其他刃口钝化工艺应用于这种超级硬质合金牌号的切削刃制备,并进行了切削试验,但获得的结果并不一致。与SRL公司一起进行切削试验的Scott Gore指出,“刀具切削的成败取决于其刃口强度。”

  SRL公司转向刀具切削刃钝化设备制造商Conicity Technologies公司寻求解决方案。Conicity公司执行副总裁Bill R. Shaffer指出,在制备超级硬质合金刀具的切削刃时,该公司最初采用与制备常规硬质合金刀具刃口一样的工艺,然后又改变工艺参数,采用制备PCBN和PCD刀具刃口时常用的工艺规范。他说,“实际上,我不得不在钝化设备上设定足以损坏PCBN和PCD刃口的工艺参数,但最终获得了完美控制的刃口,立刻就增大了这种刀具材料的刃口强度。”

  Shaffer解释说,他在制备超级硬质合金刀具的切削刃时,采用了0.03mm的椭圆弧度,使切削力以15°-20°的角度作用于刀具。结果表明,刀具的刃口强度提高了6-10倍。

  从今年年初开始,SRL公司对经过刃口强化的超级硬质合金刀具进行了一系列切削试验,并获得了积极的结果。例如,9月23日在位于加州的Weartech国际公司进行的一次试验中,用牌号为SK11的超级硬质合金CNG332刀片,对直径为76.2mm的Stellite 6钨铬钴合金铸件(硬度为HRC46)进行车削加工。加工参数为:表面切削速度180m/min,进给率0.1mm/r,切深0.25mm,分别进行了干式切削和采用水溶性冷却液的湿式切削。试验结果表明,在切削长度达到250mm后,该刀片未出现任何磨损。与之相比,Weartech公司以前是使用907牌号的CNG4321t硬质合金刀片,以30m/min的表面切削速度、0.127mm/r的进给率和0.25mm的切深进行湿式切削,以及使用670牌号的CNG4321t碳化硅晶须强化陶瓷刀片以75m/min的表面切削速度、0.1mm/r的进给率和0.25mm的切深进行湿式切削。此外,用这些刀片进行加工时,在切削长度达到250mm后都出现了磨损。

  同一天在Accufab公司进行的另一次车削试验中,SRL公司将其SP17牌号的SNG432超级硬质合金刀片与PCBN刀片进行了对比。加工对象为直径25.4mm的M-2高速钢工件(淬硬至HRC64),车削长度为30mm。PCBN刀片的加工参数为:表面切削速度45-90m/min,进给率0.05mm/r,切深小于0.5mm,湿式切削。而超级硬质合金刀片能以高达300m/min的表面切削速度、0.05mm/r的进给率和2mm的切深干式车削淬硬高速钢。

  尽管所有这些切削试验都属于连续切削,但SRL公司也计划进行断续切削试验。此外,虽然试验都是使用的未涂层刀具,但据该公司介绍,其超级硬质合金刀具同样可以采用各种商业化涂层。该公司计划在2011年将这种新型刀具材料投入商业化工业应用。

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