車刀材料的選擇

車刀材料的選擇

刀桿兩部分組成，刀桿一般是用碳素結(jié)構(gòu)鋼制成。由于刀頭擔(dān)任切削作業(yè)，硬質(zhì)合金刀具參數(shù)，因此刀頭資料有必要具有下列根本功能：

      1）冷硬性。車刀在常溫時(shí)具有較高的硬度，即車刀的耐磨性。

      2）紅硬性。車刀在高溫下保持切削所需的硬度，該溫度的蕞高值稱為"紅熱硬度"。

      3）耐性。車刀切削部分接受轟動(dòng)和沖擊負(fù)荷所具有的強(qiáng)度和硬度。

      車刀資料的以上三種功能是彼此聯(lián)絡(luò)、彼此制約的，在具體選用時(shí)，要根據(jù)工件資料的功能和切削要求分析選用，同時(shí)還要結(jié)合車刀資料在價(jià)格、工藝功能方面加以考慮，以便于以較低的本錢加工、刃磨和焊接制作車刀。

      目前用來(lái)作車刀切削部分的資料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金和非金屬資料，碳素東西鋼、合金東西鋼多用作鉆頭、絲錐等東西，用作車刀的較少。現(xiàn)別離介紹作車刀刀頭的兩種主要資料：高速鋼及硬質(zhì)合金。

一、高速鋼

      高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼，又叫鋒鋼、風(fēng)鋼或白鋼。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2兩種牌號(hào)。其間用得多的是Wl8Cr4V高速鋼。它們的化學(xué)成分如表4-2所示。

      高速鋼資料分為帶黑皮的高速鋼和表面磨光的高速鋼兩種。前者是未經(jīng)熱處理的高速鋼，后者是經(jīng)熱處理的高速鋼。高速鋼硬度較高，具有必定的紅熱硬性，硬質(zhì)合金刀具制造，耐性和加工功能均較好。高速鋼車刀制作簡(jiǎn)略，刃磨方便，容易磨得鋒利。由于高速鋼耐性好，常用于加工一些沖擊性較大、形狀不規(guī)則的零件，它也常用于制作精車刀，但因紅硬性不如硬質(zhì)合金，故不宜用于高速切削。

二、硬質(zhì)合金

      硬質(zhì)合金是由難熔資料的碳化鎢、碳化鐵和鈷的粉末在高壓下成形，經(jīng)l350～1560"（2高溫?zé)Y(jié)而成的資料，硬質(zhì)合金刀具優(yōu)點(diǎn)，具有極高的硬度，僅次于陶瓷和金剛石。硬質(zhì)合金的紅硬性很好，在1000℃左右仍能保持杰出切削功能；具有較高的運(yùn)用強(qiáng)度，其抗彎強(qiáng)度可高達(dá)1000--1700MPa，但脆性大、耐性差、怕震，以上這些缺點(diǎn)可通過(guò)刃磨合理的角度加以克服，因此，硬質(zhì)合金現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。

硬質(zhì)合金刀具跟著數(shù)控機(jī)床和加工中心等設(shè)備運(yùn)用日漸遍及，在航空航天、汽車、高速列車、風(fēng)電、電子、能源、模具等裝備制造業(yè)的開(kāi)展推進(jìn)下，切削加工已邁入了一個(gè)以高速、和環(huán)保為標(biāo)志的高速加工開(kāi)展的新時(shí)期—現(xiàn)代切削技能階段。

高速切削、干切削和硬切削作為當(dāng)前切削技能的重要開(kāi)展趨向，其重要地位和人物日益凸顯。對(duì)這些先進(jìn)切削技能的運(yùn)用，不僅令加工功率成倍進(jìn)步，亦著實(shí)推進(jìn)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工藝立異的進(jìn)程。例如，精細(xì)模具硬質(zhì)資料的型腔，選用高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給量和小吃深加工，既可取得很高的表面質(zhì)量，又能夠省卻磨削、EDM和手藝拋光或削減相應(yīng)工序的時(shí)間，然后縮短生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)步生產(chǎn)率。

曩昔一些企業(yè)制造復(fù)雜模具時(shí)，基本上都需要3~4個(gè)月才能交付運(yùn)用，而現(xiàn)在選用高速切削加工後，半個(gè)月便可完成。據(jù)調(diào)查，一般的工模具，有60%的機(jī)加工量可用高速加工工藝來(lái)完成。

高速加工時(shí)，不光要求硬質(zhì)合金刀具可靠性高、切削性能好、能穩(wěn)定地?cái)嘈己途硇?、還要能達(dá)成，并能完成快換或自動(dòng)替換等。因此，對(duì)硬質(zhì)合金刀具材資料、刀具結(jié)構(gòu)、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。

對(duì)硬質(zhì)合金刀具資料的要求：

高速加工對(duì)硬質(zhì)合金刀具杰出的要求是，既要有高的硬度和高溫硬度，又要有足夠的斷裂耐性。為此，須選用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具資料—它們各有特點(diǎn)，適應(yīng)的工件資料和切削速度范圍也都不同。例如，高速加工鋁、鎂、銅等有色金屬件，首要選用PCD和CVD金剛石膜涂層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67HRC)和冷硬鑄鐵首要用淘瓷刀具和PCBN刀具。

1.硬質(zhì)合金刀具材已邁入細(xì)晶粒超細(xì)晶粒階段

涂層硬質(zhì)合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)雖其加工工件資料范圍廣，但抗癢化溫度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范圍內(nèi)加工鋼鐵件。對(duì)於Inconel718高溫鎳基合金可運(yùn)用陶瓷和PCBN刀具。據(jù)報(bào)道，加拿大學(xué)者用SiC晶須增韌陶瓷銑削Inconel718合金，推薦蕞佳的切削條件為：切削速度700m/min，吃深為1-2mm，每齒進(jìn)給量為0.1-0.18mm/z。

目前，硬質(zhì)合金已進(jìn)入細(xì)晶粒(1-0.5μm)和超細(xì)晶粒(<0.5μm)的開(kāi)展階段，曩昔細(xì)晶粒多用於K類(WC Co)硬質(zhì)合金，近幾年來(lái)P類(WC TiC Co)和M類(WC TiC TaC或NbC Co)硬質(zhì)合金也向晶粒細(xì)化方向開(kāi)展。

以往，為進(jìn)步硬質(zhì)合金的耐性，通常是添加鈷(Co)的含量，由此帶來(lái)的硬度下降如今可以經(jīng)過(guò)細(xì)化晶粒得到補(bǔ)償，并使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度進(jìn)步到4.3GPa，已達(dá)到并超越普通高速鋼(HSS)的抗彎強(qiáng)度，改變了人們普遍認(rèn)為P類硬質(zhì)合金適於切鋼、而K類硬質(zhì)合金只適於加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格式。

選用WC基的超細(xì)晶粒K類硬質(zhì)合金，相同可加工各種鋼料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是硬質(zhì)合金刀具刃口尖利，特別適於高速切削粘而韌的工件資料。以日本不二越公司開(kāi)發(fā)的AQUA麻花鉆為例，鹽城硬質(zhì)合金刀具，其用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金制造，并涂覆耐熱、耐沖突的潤(rùn)滑涂層，在高速濕式加工結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼(SCM)時(shí)，切削速度200m/min，進(jìn)給速度1600mm/min，加工功率進(jìn)步了2.5倍，刀具壽數(shù)進(jìn)步2倍；干式鉆孔時(shí)，切削速度150m/min，進(jìn)給速度1200mm/min。

2.涂層提升到開(kāi)發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段

現(xiàn)如今，涂層已進(jìn)入到開(kāi)發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段，新開(kāi)發(fā)的TiCN、TiAlN多元超薄、超多層涂層(有的超薄膜涂層數(shù)可多達(dá)2000層，每層厚約1nm)與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復(fù)合，加上新式抗塑性變形的基體，在改進(jìn)涂層的耐性、涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、進(jìn)步涂層的耐磨性方面有了重大進(jìn)展，進(jìn)步了硬質(zhì)合金刀具材的性能。

硬質(zhì)合金材涂層刀具已成為現(xiàn)代切削硬質(zhì)合金刀具的標(biāo)志，在刀具中的運(yùn)用份額達(dá)到60%。涂層硬質(zhì)合金刀具的產(chǎn)品現(xiàn)已出現(xiàn)品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如，德國(guó)施耐爾(Schnell)公司用納米技能推出的一種超長(zhǎng)壽數(shù)LL涂層立銑刀，用其加工零件硬度超越70HRC淬硬模具鋼材時(shí)，硬質(zhì)合金刀具材壽數(shù)可延長(zhǎng)2-3倍。

特別值得強(qiáng)調(diào)的是，近幾年開(kāi)展起來(lái)的在硬質(zhì)合金表面涂覆金剛石的技能，使硬質(zhì)合金刀具不僅在黑色金屬范疇，并且在有色金屬范疇中的切削功率取得了進(jìn)步。由此可知，硬質(zhì)合金今後仍將是制造高速加工刀具的首要基體資料。

Inconel 718特性及應(yīng)用領(lǐng)域概述：

該合金在-253～700℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位，并具有良好的、輻射、氧化、耐腐蝕性能，以及良好的加工性能、焊接性能良好。能夠制造各種形狀復(fù)雜的零部件，在宇航、核能、石油工業(yè)及擠壓模具中，在上述溫度范圍內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。

Inconel 718相近牌號(hào)：

中國(guó)

GB/T 14992-2005

GH4169(原GH169)

美國(guó)

SPECIAL metaLS

INCONEL? ALLOY 718

ASTM B637

UNS  N07718

歐洲

EN 10088-1

NiCr19Fe19Nb5

2.4668

Inconel 718 化學(xué)成份（百分比%）：

牌號(hào)

N07718

2.4668

GH4169

C

≤0.08

0.02~0.08

≤0.08

Si

≤0.35

≤0.35

≤0.35

Mn

≤0.35

≤0.35

≤0.35

P

≤0.015

≤0.015

≤0.015

S

≤0.015

≤0.015

≤0.015

Cr

17.00~21.00

17.00~21.00

17.00~21.00

Ni

50.00~55.00

50.00~55.00

50.00~55.00

Mo

2.80~3.30

2.80~3.30

2.80~3.30

Co

≤1.00

≤1.00

≤1.00

Nb Ta

4.75~5.50

4.70~5.50

Nb:4.75~5.50

Al

0.20~0.80

0.30~0.70

0.20~0.80

Ti

0.65~1.15

0.60~1.20

0.65~1.15

B

≤0.006

0.002~0.006

≤0.006

Mg

—

—

≤0.010

Cu

≤0.30

≤0.30

≤0.30

Fe

余量

余量

余量

Inconel 718物理性能：

密度

g/cm3

熔點(diǎn)

℃

熱導(dǎo)率

λ/(W/m?℃)

比熱容

J/kg?℃

彈性模量

  GPa

8.24

1260

1320

14.7(100℃)

435

199.9

剪切模量

  GPa

電阻率

μΩ?m

泊松比

線膨脹系數(shù)

a/10-6℃-1

77.2

1.15

0.3

11.8(20~100℃)

Inconel 718力學(xué)性能：(在20℃檢測(cè)機(jī)械性能的小值)

熱處理方式

拉強(qiáng)度

σb/MPa

屈服強(qiáng)度

σp0.2/MPa

延伸率

σ5 /%

布氏硬度

HBS

固溶處理

965

550

30

≥363

Inconel 718生產(chǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)

棒材

鍛件

板(帶)材

絲材

管材

ASTM

ASTM B637

ASTM B637

ASTM B670

ASTM B906

AMS

AMS 5662

AMS 5663

AMS 5664

AMS 5662

AMS 5663

AMS 5664

AMS 5596

AMS 5597

AMS

5832

AMS 5589

AMS 5590

ASME

ASME SB637

ASME SB637

Inconel 718 金相組織結(jié)構(gòu)：

該合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)的組織由γ基體γ"、γ"、δ、NbC相組成。

Inconel 718工藝性能與要求：

1、因Inconel718合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析程度與治金工藝直接有關(guān)。

2、為避免鋼錠中的元素偏析過(guò)重，采用的鋼錠直徑不大于508mm。

3、經(jīng)均勻化處理的合金具有良好的熱加工性能，鋼錠的開(kāi)坯加熱溫度不得超過(guò)1120℃。

4、該合金的晶粒度平均尺寸與鍛件的變形程度、終鍛溫度密切相關(guān)。

5、合金具有滿意的焊接性能，可用弧焊、電子束焊、縫焊、點(diǎn)焊等方法進(jìn)行焊接。

6、合金不同的固溶處理和時(shí)效處理工藝會(huì)得到不同的材料性能。由于γ"相的擴(kuò)散速率較低，所以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)效處理能使Inconel718合金獲得佳的機(jī)械性能。

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