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无钴型超级硬质合金新牌号

时间:2022-06-30      阅读:320

    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号具有更大的脆性,因此很难在在制造切削刀具的过程中,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,某一种超级硬质合号的横向断裂强度达到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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