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[资料] 难熔金属和纯金属的切削加工(上)

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1.常用难熔金属的力学物理性能有哪些?
1 Z1 {9 A7 M. I9 V, ^工业上常用的高熔点金属统称难熔金属,如钨、钼、钽、铌、锆等。
7 Q* o, G1 Y# u# n8 y难熔金属熔点高、密度大,晶体结构稳定,激活能大,切削加工困难。以难熔金属为主,添加其他合金元素构成难熔金属材料。随着科学技术的发展,难熔金属在原子能、宇航、机械、电子、化工、医疗、纺织、轻工等领域得到了越来越广泛的应用。$ _) X7 h# m/ i7 G, d2 H* z, i
常用难熔金属中钨的熔点最高(3380℃),密度最大(19.1g/cm3),而钼的弹性模量最大,达到343 350MPa。常用难熔金属的力学物理性能见表10-1。
' `& F  Q4 e9 B 2008510101656.jpg # E, T4 b3 O  Z! k3 D) Z. D
2008510101848.jpg : u; i3 H1 l+ h3 h) p- U6 R
2.常用难熔金属的分类和用途有哪些?
$ G" Z7 @; o' i% A1 e8 Y常用难熔金属中钨的熔点高,密度大,耐蚀性好,在冶金、电子、化工、核工业中常用来制作耐高温零部件,如电极、高温反应堆包套材料、平衡器件、医用X光管钨靶等。
# |7 S; y1 D/ l, |钨可以制成铸锭,也可以制成烧结制品。钨铸锭扒皮后可轧制成棒材或型材,也可以冷拔成丝;钨的烧结制品常做成高密度合金。
: f$ \% W) q, Q" p: E% o钼的熔点也很高(2695℃),密度适中,弹性模量极高,热膨胀系数小,导电、导热性好。钼的结合性好,常用于喷涂钢件表面,以减小磨损,提高使用寿命。钼还可以作为真空喷涂电极、真空蒸发金属、真空炉屏蔽板、发热体及高温构件;钼适于制作要求刚性、硬度高的部件,如镗刀杆、研磨轴等。钼的耐蚀性好,常用来制作在熔融锌或锌蒸气中工作的泵、叶轮轴等。钼及其合金有以下五种:! s' k- h2 p. m1 I4 u9 f
①钼含量大于99.9%的纯钼材料。! b7 R: G. L* D: F$ e( J
②钼与钛的合金,如Mo—0.5Ti。1 @  E% ~/ \/ n2 [5 o( t/ B  k
③TZM(Mo—0.6Ti—0.08Zr)合金。
: P2 q; y: [& G2 D. F% w1 v④TZC(Mo—0.5Ti—0.03Zr—0.15C)合金。5 P0 l$ m4 H  ], {( V
⑤Mo—30W合金。* l, T$ W. c4 P5 z* Y+ _
钽的熔点为2980℃,在常用难熔金属中仅次于钨(3380℃),密度为16.67 g/cm3。退火状态下,钽具有良好的塑性,高温下也比较稳定,能吸收并保持住气体。钽耐酸,是生物适合性材料。钽在电子、化工、医疗等行业有较广泛的应用。同时,钽也是制作硬质合金不可缺少的材料。, d! v) A1 c9 {, y: Q  v
在难熔金属中,铌的熔点为2468℃,其强度、硬度低而韧性高,具有良好的冷塑性,切削加工无特殊困难。在钢中加入少量的铌可以提高基体的强度和韧性。铌与碳形成稳定的碳化铌,使晶粒细化,可以提高钢的耐磨性,因此铌常用来制作高性能刀具。
0 g$ ], D" |  W  W% l锆是钛的同族元素,也是同素异构体。862℃以下呈密排六方晶格,是为α锆;862℃以上呈体心立方晶格,是为β锆。锆的熔点为1852℃,但软化温度低。锆的化学活性很强,可与很多元素形成坚固的化合物。锆对杂质的敏感性很强,在加工过程中吸收氧、氮、氢等气体,会严重影响其强度。当温度高于400℃时,锆与氧、氮、水蒸气会产生强烈反应,因此锆的使用温度应低于500℃,最好在400℃以下使用。当氢包含在锆固溶体内时,即使在液氮温度(-196℃)下,锆仍有很大韧性,适宜在低温领域工作。8 ~9 G, R, w9 v+ K9 a; K
锆具有引火性,当锆粉颗粒平均尺寸小于10μm时,弥散悬浮于空气中,常常发生自燃或爆炸。. K% \# b: J& P: p# u
3.常用难熔金属的切削加工特点有哪些?8 h4 X# g& A/ \/ t4 z7 i
(1)各种难熔金属铸锭的氧化层坚强而粗糙,使切削过程中冲击和振动增大,刀具容易崩刃破损。
# F! g6 G2 e9 K(2)难熔金属的化学活性较大,亲和力较强,在切削过程中易产生刀——屑粘结,加剧刀具磨损。铌、钽材料的粘刀现象尤为严重。
: q8 f# m* y. v(3)钨、钼等难熔金属在室温下呈脆性,其烧结制品在切削时切屑呈粉末状,且硬度很高,刀具磨损严重。; h: @4 C  b' V  T1 U+ L
(4)切削难熔金属时,应加强安全防护措施,防止高温的切屑崩入眼内或内衣中,造成人身伤害。在切削锆时,应充分使用水溶性切削液,以防止锆粉自燃或爆炸。
6 G+ s! e! _+ J/ q/ _ 2008510101955.jpg
, b( d: l4 s& J. ^3 G% G难熔金属系列——钨合金+ ]6 e: m) Q! @4 d) h
4.怎样切削加工钨锭与钨棒?! d6 V+ M7 E1 l0 Z5 i& f" p
纯钨的硬度和强度都很高,钨的铸锭在切削加工时,由于晶粒粗大,易产生掉块而使加工表面粗糙。切削钨锭和钨棒可以使用硬质合金作刀具材料,常用的硬质合金牌号有YG6、YG8、YS2(YG10H)、726等。1 k: j6 T* U3 Q  \6 {4 p8 b
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, z0 D5 d1 E# C& D- z* A3 u用硬质合金切削钨锭或钨棒,可选用45º主偏角,荒车时前角与后角应小些,粗车与半精车时前角、后角适当加大。纯钨性极脆,切削时易崩边或剥落,刀具切入切出时,应减小进给量,以防止刀具破损。钨的切削参数推荐值见表10-2。
* T( J' B: l8 _' B' xCBN刀具也可以加工纯钨。例如,用DLS—F复合片车削φ10 mm钨棒,在νC=30m/min、f=0.1mm/r、ap=0.1mm;γO=-4º、αO=12º、λO=0º、Κr=90º、rε=0.3mm、倒棱为0.25mm×(-8º)的条件下,当后刀面磨损0.2mm时,切削路程为104 m。而用YG6X刀片,当νC=9.5m/min、后刀面磨损0.2 mm时,切削路程为57.6m。可见,CBN刀具的切削速度为YG6X硬质合金刀具3倍的条件下,耐用度为其2倍。
" i8 v, V3 o7 N% _9 S虽然CBN刀具硬度高,耐磨性好,但脆性较大,强度和韧性差,不适于冲击大的切削加工。用CBN刀具加工纯钨,可选用较高的切削速度,但切削深度和进给量应小些。
: [! Q8 I4 z; N% q0 b5 ` 2008510102246.jpg 6 [; d1 I. F* r; L0 H* o# M
难熔金属系列——钼板、钼片1 Z9 J$ O# H1 E/ l
5.怎样切削加工钨合金?
/ ^% m7 }5 W+ Y# {# k& q以钴、镍作粘结剂用粉末冶金法烧结成的钨合金密度大,称为高密度合金,也称高比重合金。这类合金可以通过锻造或热处理来提高其致密度和强度。通常钨合金的抗拉强度为σb>981MPa,硬度为>HRC40。1 c0 Z1 L( K; c
钨合金的导热系数比纯钨小,切屑呈颗粒状,刀——屑接触长度短,切削温度很高,容易产生刀瘤和粘结磨损。切削钨合金要求刀具材料导热性好,抗弯强度和韧性较高,红硬性好。推荐选用碳化钨基细晶粒超细晶粒硬质合金,如YDl5、YM051等。
2 E' c3 K" O8 }切削钨合金时,刀具要求锋利,又要保证刃口强度。刀具几何参数可选用:γO=-8º、αO=8º、Κr=75º、rε=0.5mm。切削用量可选用:νC=38m/min,f=0.24mm/r,ap=1mm。切削时不加切削液。) X% ~. C% p' d- |( h# G
6.怎样改善钨的切削加工性?, i, u) ]8 X/ I, ^  N
钨的切削加工性很差,为了提高加工效率和加工质量,可以采取以下方法改善钨的切削加工性:0 n9 |/ a+ e& O; x# O# M
(1)钨坯表面有很硬的氧化层,加工时会使刀具磨损加剧或产生“打刀”现象。因此在加工前,可将钨坯进行喷砂处理,去除表面氧化层,减轻刀具磨损。
" x# Z1 Q) y$ j+ b1 e' ~(2)金属从塑性到脆性的转变温度称为塑脆性转变温度。纯钨的塑脆性转变温度很高,为改善其切削加工性,可用喷灯将工件加热到200℃以上,再进行切削加工。
# {4 q4 P; a  ]  B* T(3)进行渗铜处理,也可改善钨的切削加工性。渗铜后的钝钨车削情况与45号钢相似。
5 P" L  T) P& I- L  Q+ d- D(4)钨中加入一些氧化锆,其切削加工性也能得到较大的改善。
/ d6 [  w4 ^1 E8 }: m. D 2008510102425.jpg 9 [( I4 N3 k4 E" Z* H( t
难熔金属系列——钼坩埚! v. F1 W2 o% A1 o" u$ @
7.怎样切削加工钼及其合金?
. q' A" Z) A' b5 m钼呈银灰色,其化学性质与钨近似。钼本身硬度不高(HB35~125),但钼材硬度高,室温下脆性大,当温度达到350℃~450℃时,塑性明显上升,硬度有所下降。
7 L; J& Y/ a( h- V( D: {% ~8 |钼的屈强比大,切削加工硬化倾向严重。钼具有极高的弹性模量(343 350 MPa),切削变形所消耗的功多,切削力大。钼与刀具材料有很强的粘附性,刀具容易产生粘结磨损
( l+ V- Z% v* Q& X  I* w切削钼及其合金时,应选用有足够强度和韧性、抗粘结、耐磨性好的刀具材料,如YW1、YW2等。切削钼铸锭及烧结棒时可选用强度较高的YG6、YG8、YS2(YGl0H)等牌号硬质合金。/ c+ w2 E$ S3 e: Y! s
切削钼及其合金时,要求在保证刀头强度的条件下,尽可能使切削刃锋利。在选择刀具几何参数时,可采用较大前角、小主偏角、负刃倾角。一般可取:γO=15º~20º,αO=10º~12º,Κr=45º,Κ′r=15º,λs=-5º,γO1=-2º~-5º,bγ=0.1~0.3mm。卷屑槽半径Rn=6~8mm,前后面表面粗糙度Ra≤0.4μm。
& p" u, }/ r9 A为避免过高的切削温度,以保持一定的刀具耐用度,在切削钼及其合金时,应选用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。参考切削用量为:粗车时:νC=35~75m/min,ap=4~7mm,f=0.2~0.5mm/r;半精车时νC=50~120m/min,ap=0.2~0.4mm,f=0.15~0.4 mm/r。
& T# f2 A" j1 T% ^  i9 U( Y, W切削钼及其合金应注意充分冷却润滑,可用CC14加20号机油的混合液或MoS2作润滑油(脂),但CC14有毒性和腐蚀作用,使用时应采用防护措施。+ p, [+ v. a; ^* X, y5 x3 u/ o
2008510102610.jpg
9 J" {, D9 e  C6 K% g8.铌的性能对切削加工有什么要求?怎样进行切削加工?& M* e& j& Q# k  @; G3 C
铌的强度、硬度低而韧性高,具有良好的冷塑性。在切削加工过程中,随着温度升高,吸收氧氮等气体,对铌的性能产生显著影响。因此,切削加工铌的主要问题是防止切削温度过高,要求采用锋利的刀具、较低的切削速度,并浇注大量的切削液。
) c2 M% H) o7 v& h% Z切削铌的刀具材料可采用高速钢或YG8、YW2等硬质合金,但不宜采用含铌的硬质合金作刀具材料。用硬质合金刀具时,刀具的几何参数可选用:γO=20º~25º,αO=10º~15º,Κr=45º,Κ′r=15º,γO1=-5º~0º,bγ=0.1~0.3mm,rε=0.2~0.5mm。卷屑槽半径=4~6mm。精加工时应适当加大前角、主偏角,减小刀尖圆弧半径。切削用量的选择如下:粗加工时νc=45~80m/min,ap=5~8mm,f=0.3~0.5 mm/r;半精加工时νc=60~100m/min,ap≤2mm,f=0.2~0.4mm/r;精加工时νc=70~120m/min,ap=0.1~0.5mm,f=0.1~0.15 mm/r。采用高速钢刀具时,νc≤30m/min,f≤0.3mm/r。1 J* V: H5 A8 V% X5 \
2008510102725.jpg ( a% t4 O- \0 i
9.钽的性能对切削加工有什么要求?怎样进行切削加工?
* u/ Q, b- e) z  K( R: z( r6 b钽的熔点高、密度大,退火状态下具有良好的塑性,高温时性能也较稳定。
$ p6 m0 s  `/ j% ^# d3 \* t" R退火后的钽材软而韧,切削时会产生严重的粘附现象,引起刀具的粘结磨损。特别是切削速度低于20m/min时,粘刀和撕裂现象更为严重。当切削速度高于40m/min时,撕裂现象大为减轻。切削时要求刀具尽可能锋利,切削速度不可太低。一般采用硬质合金作刀具材料,常用的有YG8、YW2等。采用较大前角和主偏角,刀具几何参数为:γO=35&ordm;~45&ordm;,αO=5&ordm;~8&ordm;,Κr=90&ordm;,Κ′r=5&ordm;,γO1=-2&ordm;~2&ordm;,bγ=0.1~0.3mm,rε=0.2~0.5mm,前后面表面粗糙度Ra< 0.16~0.32μm,以减少摩擦和粘刀现象。
! J& e$ X5 |: ~" ]( g0 s; ?: t) {切削用量的选择如下:粗车时νc=30~70m/min,ap=5~8mm,f=0.2~0.4mm/r;精车、半精车时νc=50~80m/min,ap≤1.5mm,f=0.1~0.3mm/r。切削时应使用冷却与润滑作用兼备的切削液,流量要充足。
8 G5 }$ ^. ]+ b; ^1 A+ A4 L 2008510102853.jpg
+ C! E6 _: V+ s/ e10.锆的性能对切削加工有什么要求?怎样进行切削加工?
9 v& {% q) n) V" H$ w锆的熔点较高,但软化温度低,在发生相变的温度下已显著软化。锆在切削时会产生很多与切削钛及其合金相似的特点,易产生加工硬化,刀一屑易粘结,弹性变形大。锆的韧性好,切屑呈带状,微量切削时易引起燃烧。因此,切削锆时应尽量避免微量切削和防止工件变形。刀具要求锋利并尽量降低刀具表面粗糙度值,并磨出卷屑槽,卷屑槽半径6~10mm,以控制切屑拳曲和折断。
4 O1 s  _( O, t( c8 m2 N- C切削锆及其合金可选用硬质合金或高速钢作刀具材料,常用的硬质合金牌号有YG6、YG8等。车削锆铸锭时,γO=16&ordm;~23&ordm;,αO=10&ordm;~15&ordm;,Κr=45&ordm;,Κ′r=15&ordm;,γO1=-5&ordm;~-2&ordm;,bγ=0.2~0.5mm,rε=0.2~0.5mm;粗车时νc=90~150m/min,ap=5~8mm,f=0.2~0.5mm/r;半精车时νc=120~200m/min,ap=1~2mm,f=0.3~0.6mm/r。车削锻件时,γO=0&ordm;~10&ordm;,αO=8&ordm;~12&ordm;,Κr=45&ordm;~75&ordm;,Κ′r=15&ordm;,γO1=0&ordm;~5&ordm;,bγ=0.2~0.5mm,rε=0.5~3mm;νc=40~50m/min,ap=3~10mm,f=0.3~1.0mm/r。采用高速钢刀具切削锆及其合金,可适当加大前角,一般取γO=15&ordm;~30&ordm;
0 ^8 P" \$ n# ]" k4 E切削加工锆及其合金,应大量使用水溶性切削液,以控制切削温度,减少加工过程中的加工硬化、粘结、自燃等现象。/ _7 g  h& m; |( A$ {4 q+ R
锆及其合金的铣、钻、铰、攻丝可参照钛合金加工。- l+ j: ?; H1 O/ ^
200851010305.jpg 1 Z2 L. r& b4 d& z
11.纯铜有哪些切削加工特点?8 S' u4 r+ m- W& v+ E' G
纯铜的含铜量一般在99.5%以上,氧含量小于等于0.1%,无氧铜的氧含量更低(小于0.01%)。纯铜在退火状态下硬度为HB35~45,导热性好,塑性、韧性大,切削加工有以下特点:
+ c1 D: A+ w" m- _4 e6 I# n& l(1)不易断屑,影响切削的顺利进行和切削用量的提高。
0 S- p* x; C. T! V(2)切屑易粘结在刀刃上,影响加工表面质量和刀具耐用度。3 e1 d5 a5 `) ]" E9 c) s+ H6 `
(3)工件表面容易产生水纹状波形,且发出噪声。
* x( Z) p- X7 n  \+ q" @) b: Q" i(4)纯铜线膨胀系数大,在切削温度影响下易产生变形,精加工尺寸和几何精度不易控制。) r( b' f& Y9 f& c" l+ c* B
(5)若以45号钢的切削加工性为100%,则纯铜的相对切削加工性为65%。如果在纯铜中含有硫、硒等易切元素,其切削加工性会有较大的改善。/ t) F& c; w' E& V/ f
文章关键词: 切削加工
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