[发明专利]用于钢材和不锈钢铣削的硬质合金涂层刀片

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金刀片，尤其涉及一种铣削用的硬质合金涂层刀片。

背景技术

在金属切削加工过程中，刀具存在两种失效机制：磨损和破损。刀片磨损主要包括磨蚀磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。在不同的切削条件下，加工不同材料的工件时，其磨损的主要原因可能是其中的一种或两种。一股来说，切削温度较低时以磨蚀磨损为主，切削温度较高时以扩散磨损、氧化磨损为主。刀片破损主要是脆性破损(崩刃、碎裂、剥落、裂纹破损等)和塑性变形。实验数据表明，刀片早期破损受热应力影响较小，主要是受机械冲击作用所致的脆性破损；刀片后期疲劳破损主要是在机械和热冲击作用下刀片内裂纹失稳扩散所致的脆性破损和过高的加工温度导致的塑性变形。

在钢材及不锈钢的铣削加工中，随刀尖切入切出切削温度会发生剧烈变化，导致热烈纹的产生，致使刀尖刃口发生脆性破损。实践表明，对钢材及不锈钢进行铣削加工时，刀片主失效主要有热裂纹导致的刃口崩缺、及加工硬化导致的后刀面磨损。为了适应钢材及不锈钢高速高效铣削加工的要求，铣削刀片应当具有更高的韧性、高温强度和抗裂纹扩展的能力。

目前，具有粘结相富集表面区域的涂层硬质合金刀片广泛用于钢材等合金的机械加工中，粘结相富集表面区域拓宽了刀片的应用范围，使之能应用于更富韧性的切削操作。含有α-Al₂O₃涂层的多层涂层提高了刀片的耐磨性能，使刀片的寿命得到增加，涂层和刀片基体各自的优越性在涂层刀片中实现了较好的统一。

在刀片基体的制备中，制造含有WC、立方相和粘结相富集表面区的硬质合金属于梯度烧结技术，在部分专利文献中(例如US4277283和US4610931号美国专利文献，以及CN1079179A、CN1134470A、CN1229442A、CN1532014A、CN1854320A、CN1891842A号中国专利文献)已经公开了粘结相含量梯度变化的硬质合金基体及其制备方法，可以获得基本上不具有立方相的粘结相富集表面区。特别是CN1079179A号中国专利文献，其涉及一种具有改进韧性和塑变抗力的硬质合金刀片，该刀片是用已知的方法在真空中烧结含氮的材料后，再在1280℃～1430℃温度、40mbar～400mbar氮气中处理刀片5min～100min，得到一种具有粘结相富集表面区的硬质合金，其在粘结相富集表面区下层的区域中，粘结相的含量为该刀片内部含量的0.85～1，而立方相的含量基本恒定且等于该刀片内部的含量。此种刀片结构对改进刀片韧性和塑变抗力起到了一定作用。从断裂力学的观点来看，具有富集粘结相表面区的硬质合金可以吸收裂纹扩展能，防止裂纹的扩展，从而改进刀片的韧性，表现更加强韧的性质。然而，在其后的应用实践中，我们发现富集粘结相表面区的存在降低了刀片材料的屈服强度和硬度，导致刀片刃口容易产生塑性变形，后刀面抗磨损能力下降。CN101214743A号中国专利文献公开了一种用于加工铸铁的涂层刀片，该刀片基体的刃口两边形成粘结相富集表面区，粘结相富集表面区中间的扇形区域为立方相富集区，该结构提高了刃口的抗塑性变形能力，但是在钢材的铣削加工中，其后刀面抗磨损能力表现较差，抗塑性变形能力也有待进一步提高。