纳米TiN改性TiC基金属陶瓷可转位刀片研究
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技术综合
摘要:阐述了用纳米TiN改性对TiC基金属陶瓷力学性能的影响，用自行研制的纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷可转位刀片与YT15、YT8及未改性的TiC基金属陶瓷刀片进行了对比性的切削试验。结果表明纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀片具有优良的综合切削性能，生产应用具有广阔的前景。
1 纳米TiN改性对TiC基金属陶瓷力学性能的影响
a.抗弯强度
b.断裂韧性
c.硬度图1 纳米T添加量对材料力学性能的影响
2 纳米TiN粉分散工艺的研究
3 切削性能研究
- 与YT15、YG8刀片切削45钢时的比较
a.Vc=200m/min,ap=0.5,f=0.1mm/r
b.Vc=200m/min,ap=0.5,f=0.5mm/r图2 纳米改性刀具与YT15、YG8刀具磨损曲线- 在切削速度Vc=200m/min，背吃刀量a
p=0.5mm，进给量f=0.1mm/r和f=0.5mm/r的切削条件下，得到图2的磨损曲线。如图所示，纳米改性刀具比YT15刀具寿命长很多，当进给量较小时刀具以磨损形式而失效：当进给量较大时刀具以破损形式失效。- 纳米TiN改性刀具寿命较长的原因是:在干摩擦的条件下，TiC基金属陶瓷的磨损过程是粘结磨损加上硬质相的剥落。这是因为Ti(C，N)基金属陶瓷中主要硬质相TiC硬度大于YT系硬质合金中硬质相WC。更由于TiN的加入抑制了Mo向硬质相中的扩散和W、Ti等元素通过Ni向硬质相扩散，可以产生明显的细化晶粒、提高硬度和强度的效果，因此抗磨粒磨损的性能好。TiC基金属陶瓷的导热性好，与钢的摩擦系数较小，切削温度较低，可以减少扩散磨损，况且TiC基金属陶瓷的粘结相Ni、硬质相TiC向钢中扩散速度都小于Co和WC。另外，TiC和TiN在高温下可生成较致密的TiO2膜，可覆于刀具表面进一步阻止了各元素的扩散。所以TiC基金属陶瓷具有良好的抗扩散磨损能力。由于TiO2膜的形成和材料的细晶粒结构也增加了刀具抗粘结磨损能力。在TiC基金属陶瓷中Ni和TiN都提高了材料的耐腐蚀性和化学稳定性。由上可知，纳米TiN改性TiC金属陶瓷刀具具有很好的综合切削性能。
- 图2b中，由于进给量较大，单位主切削刃上负荷较大，而TiC基金属陶瓷的强度、韧性比YT系硬质合金低，故造成崩刃。
- 在切削速度Vc=200m/min，背吃刀量a
- 与普通TiC基金属陶瓷刀片切削45钢和灰铸铁时的比较
a.切削45钢
b.切削灰铸铁图3 纳米改性对金属陶瓷刀具切削性能的影响- 在切削速度Vc=200m/min，背吃刀量a
p=0.5mm，进给量f=0.1mm/r的切削条件下，分别加工45钢和灰铸铁，得到图3所示的磨损曲线。- 由图中看出，纳米改性金属陶瓷抗崩刃性、耐磨性均有较大提高。这是由于在TiC晶界分散的纳米TiN颗粒有钉扎晶界的作用，阻止TiC晶粒的长大，即有弥散强化和细晶强化的效果。纳米粉末的巨大表面能提供了烧结驱动力、活化烧结作用、促进扩散并降低烧结温度，有利于得到细晶结构。同时，TiC晶粒内部分散的TiN颗粒也起到固溶强化的作用。由此可知，纳米改性金属陶瓷是一种陶瓷增韧的新方法。
- 在切削速度Vc=200m/min，背吃刀量a
- 切削淬火钢时的比较
图4 几种刀具切削淬火钢时的磨损曲线
- 图4是切削速度Vc=30m/min，背吃刀量a
p=0.5mm，进给量f=0.1mm/r条件下几种刀具切削淬火45钢(经中频淬火热处理，硬度为55HRC)的磨损曲线。由图中可以看出，在较低切削速度下，纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具切削淬火钢时刀具耐磨性好，寿命较长。曾用切削速度Vc>30m/min做试验，刀具在切削过程中急剧磨损，且以崩刃而失效。 - 图4是切削速度Vc=30m/min，背吃刀量a
4 结语
3，只有硬质合金密度13.5～14.8g/cm3的一半，即相同重量的粉末，金属陶瓷可获得2倍于硬质合金数量的制品，用作刀具材料不仅延长了使用寿命，而且降低了成本，生产应用具有广阔的前景。
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