刀具材料

HEATS

　　最广泛地使用于P/M行业的刀具是那些在生产良好表面光洁度条件下耐磨、耐刃口破裂和不产生积屑瘤的材料。而这些特性对任何加工操作都是有用的，它们在加工P/M零件时尤其重要。包含在这个种类里的刀具材料有立方氮化硼(CBN)刀具、不涂层和涂层金属陶瓷以及改进的涂层烧结硬质合金。

　　CBN刀具因其高硬度和耐磨性而有吸引力。这种刀具已经在洛氏硬度45及以上的钢件和铸铁加工中使用多年。但是，由于P/M合金的独特性能和显微硬度和宏观硬度的重大差别，使CBN刀具能用于软到洛氏硬度25的P/M零件。关键的参数是颗粒的硬度。当颗粒的硬度超过洛氏50度时，不管宏观硬度值是多少，CBN刀具是可用的。这种刀具明显的限制是它们的韧性不足。如果是断续切削或含孔率高的话包括负倒棱和较重的珩磨在内的刃口加固是需要的。简单的轻切削用珩磨的切削刃就能完成。

　　有几种材质的CBN是有效的。韧性最好的材质主要由整体CBN构成。它们韧性极好因此可用作粗加工。它们的限制通常和表面光洁度相关。很大程度上由构成刀具的CBN个体颗粒决定。当颗粒从切削刃上脱落时会在工件材料表面产生影响。而细颗粒刀具脱落一个颗粒则情况不那么严重。

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　　通常使用的CBN材质的CBN含量高，颗粒大小中等。CBN精加工刀片是细颗粒的而且CBN含量低。它们对轻切削和表面光洁度有要求或被加工合金特别硬的场合最有效。

　　在很多切削应用里刀具寿命和材质种类是独立无关的。换句话说，任何一种CBN材质可取得类似的刀具寿命。在这些情况下，材质的选择主要以每个切削刃的成本最低为依据。一片圆刀片有一整个CBN顶面并能提供四个或更多的切削刃，要比四片镶齿CBN刀片更便宜。

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　　当P/M零件的硬度低于洛氏35度，并且颗粒本身硬度不超出范围，金属陶瓷通常是选择之一。金属陶瓷很硬，能有效阻止积屑瘤且能承受高速。另外，因为金属陶瓷历来用于钢件和不锈钢的高速、精加工，它们通常有适合接近成型零件的理想几何槽形。

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　　今天的金属陶瓷在冶金上是错综复杂的，有多达11种合金元素。通常它们是碳氮化钛(TiCN)颗粒和Ni-Mo粘接剂烧结而成。TiCN提供对成功使用金属陶瓷很重要的硬度、抗积屑瘤和化学稳定性。另外，这些刀具通常有很高的粘接剂含量，这意味着它们有良好的韧性。总而言之，它们具备有效加工P/M合金的所有特性。几种材质的金属陶瓷是有效的，就象碳化钨烧结硬质合金那样，粘接剂含量越高，韧性越好。

　　已知的相对较新的进展是中温化学气相沉积(MTCVD)也提供P/M行业的优势。MTCVD保留传统的化学气相沉积(CVD)所有的耐磨性和抗月牙洼磨损性能外还很客观地提高韧性。这种韧性的增加主要来自裂纹的减少。涂层在高温下沉积然后在炉内冷却。由于热膨胀不一致，当刀具到达室温时涂层里包含裂纹。和平板玻璃上的划痕类似，这些裂纹降低刀具刃口强度。MTCVD工艺较低的沉积温度导致更低的裂纹频率和韧性较好的切削刃。

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　　当CVD涂层和MTCVD涂层的基体有相同的特性和刃口修磨时，它们的韧性的区别能得到论证。当使用在刃口韧性有要求的应用，MTCVD涂层性能表现超过CVD涂层。通过分析，当加工含多孔结构的P/M零件时，刃口韧性是重要的。MTCVD涂层胜过CVD涂层。

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　　物理气相沉积(PVD)涂层较薄且不如MTCVD或CVD涂层耐磨或耐月牙洼磨损。但是，PVD涂层应用场合是能承受显著冲击。当切削是磨料磨损场合、CBN和金属陶瓷又太脆和需要极好的表面光洁度，PVD涂层会是有效的。

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　　例如，C-2硬质合金的切削刃在线速度每分钟180米和进给每转0.15毫米情况下加工FC0205。在加工20个零件后积屑瘤能引起微崩。当使用PVD氮化钛(TiN)涂层时，积屑瘤被抑制而且刀具寿命延长。当使用TiN涂层做这个测试时，P/M零件的磨料磨损特性预计TiCN涂层会更有效。TiCN有和TiN几乎相同的抗积屑瘤能力但比TiN更硬更耐磨。

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　　多孔结构是重要的而且它影响FC0208合金的可加工性。当多孔结构和特性改变时，各种不同的刀具材料提供相应的优势。当密度低的时候(6.4g/cm3)，宏观硬度是低的。在这种情况下，MTCVD涂层硬质合金提供最佳刀具寿命。切削刃的微观疲劳很重要，刃口韧性很受重视。在这个情况下韧性好的金属陶瓷刀片提供最大的刀具寿命。

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　　当生产密度为6.8g/cm3的同样的合金，磨料磨损变得比刃口裂纹更重要。在这种情况下，MTCVD涂层提供最好的刀具寿命。PVD涂层硬质合金对极硬的两种类型的零件都进行测试，碰到刃口破裂。

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　　当速度升高(线速度每分钟300米以上)，金属陶瓷甚至涂层金属陶瓷也会产生月牙洼磨损。涂层硬质合金更适合，尤其是当涂层硬质合金的切削刃韧性好时。MTCVD涂层到有富钴区的基体的硬质合金尤其有效。

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　　金属陶瓷最常见用于车削和镗削加工。因为可能期望较低的速度和更多关注积屑瘤，PVD涂层硬质合金对于螺纹加工很理想。【MechNet】

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