1 氮化碳薄膜的力学性能
试样号 | 硬度 (GPa) |
平均硬度 (GPa) |
试样号 | 硬度 (GPa) |
平均硬度 (GPa) |
1
49.43
41.20
4
42.12
40.94
36.36
39.48
37.85
41.21
2
34.88
45.18
5
46.08
40.01
43.06
43.06
54.50
32.25
44.04
38.66
49.43
/
3
40.33
39.77
6
82.56
72.04
38.65
51.88
40.33
71.19
---|
2 CxNy表面涂层麻花钻的钻削试验
- 第一组:
- 直径为Ø6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速钢麻花钻,由武汉大学物理系进行CxNy涂层,涂层薄膜厚度约为4µm。用涂层钻头和未涂层钻头在高强度钢38CrNi3MoVA(经调质,硬度为36~40HRC)上钻孔,孔深约10mm。切削一定时间后,分别测量钻头左、右二刃的后刀面磨损量VB,测量部位为钻头最大直径处的主切削刃后刀面。
- 切削用量:进给量f=0.13mm/r,转速n=530r/min,切削速度v≈10m/min;干切;每钻一个孔,约用10秒。
- 钻头左、右二刃的后刀面磨损量均测量、记录,画成刀具磨损曲线,列于图2。因钻头两个顶面(即主后刀面)刃磨比较对称,故左、右后刀面磨损量很接近。图2中分别画出左、右切削刃的磨损曲线。在图2的横坐标上同时标明了钻孔数和切削时间。
图1 涂CxNy薄膜的麻花钻
图2 CxNy涂层与未涂层的麻花钻对比磨损曲线
图3 两种涂层麻花钻与未涂层的麻花钻对比磨损曲线- 由图1可见在后刀面磨损量相同情况下,CxNy涂层钻头的切削时间约为未涂层钻头的10倍,故涂层后钻头耐磨性的提高十分显著。
- 第二组:
- 再用直径为Ø6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速钢麻花钻,进行CxNy涂层和TiN涂层,在高强度钢38CrNi3MoVA(HRC 36~40)上钻孔,孔深约为10mm。
- 切削用量:进给量f=0.13mm/r,转速n=530r/min,切削速度v≈10m/min;干切;其余切削条件与前相同。每钻一个孔,约用8秒。
- 图3为三种钻头的主后刀面磨损曲线,未分左、右切削刃。
- 由图3可见,在后刀面磨损量相同情况下,CxNy涂层钻头的切削时间约为未涂层钻头的10倍,TiN涂层钻头约为未涂层钻头的7倍,故CxNy涂层的耐磨性高于TiN涂层。
- 直径为Ø6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速钢麻花钻,由武汉大学物理系进行CxNy涂层,涂层薄膜厚度约为4µm。用涂层钻头和未涂层钻头在高强度钢38CrNi3MoVA(经调质,硬度为36~40HRC)上钻孔,孔深约10mm。切削一定时间后,分别测量钻头左、右二刃的后刀面磨损量VB,测量部位为钻头最大直径处的主切削刃后刀面。
3 CxNy复合表面涂层硬质合金刀片的车削试验
- 第一组:
- 刀具:CxNy复合涂层刀片(YG8基体),未涂层的YG8刀片,国产立方氮化硼(PCBN)刀片;
- 工件:T12A工具钢,淬硬61HRC;
- 刀具几何参数:前角g0=0°;后角a0=8°;主偏角kr=90°;刃倾角ls=-4°;刀夹圆弧半径re=0.8mm;
- 切削用量:切削深度ap=0.5mm;进给量f=0.1mm/r;切削速度v=60m/min;三种刀具的磨损曲线如图4所示。
- 第二组:
- 刀具:CxNy复合涂层刀片(YT14基体),未涂层的YT14刀片,国产YBo2涂层硬质合金刀片(TiN涂层);
- 工件:60Si2Mn高强度钢,调质,40HRC; #p#分页标题#e#
- 刀具几何参数:前角go=4°;后角ao=8°;主偏角kr=45°;刃倾角ls=-4°;刀夹圆弧半径re=0.8mm;
- 切削用量:切削深度ap=1mm;进给量f=0.15mm/r;切削速度v=150m/min;
- 三种刀具的磨损曲线如图5所示。
图4 CxNy涂层硬质合金刀片与其他刀片的对比磨损曲线
图5 CxNy涂层硬质合金刀片与其他硬质合金刀片的对比磨损曲线
图6 涂CxNy薄膜的YT14硬质合金刀片- 从图4、图5可以看出,YG8和YT14两类硬质合金刀片经涂覆CxNy薄膜后,刀具寿命大为提高。但在车削淬硬钢T12A时,CxNy涂层刀片的使用寿命低于PCBN刀片。在车削高强度中硬钢602Mn时,CxNy涂层刀片的使用寿命略高于YBo2(TiC涂层)刀片。
- 刀具:CxNy复合涂层刀片(YG8基体),未涂层的YG8刀片,国产立方氮化硼(PCBN)刀片;
4 分析与讨论
- 在高速钢钻头上进行CxNy表面涂层,其使用寿命大大提高;CxNy涂层钻头的寿命也显著高于TiN涂层钻头。在高速钢刀具上涂覆CxNy,其涂层技术已日趋成熟,使用效果亦日趋稳定。
- 对于硬质合金刀片,经过CxNy涂层,刀具寿命也能提高,但提高幅度不如高速钢刀具那样大。在车削淬硬钢时,其刀具寿命尚低于PCBN刀具;在车削高强度中硬钢时,其刀具寿命仅略高于TiN涂层硬质合金刀具,这样就限制了CxNy涂层硬质合金刀具的应用。
- CxNy涂层材料的各项力学、物理性能,需作全面的测试和深入研究。CxNy涂层和硬质合金基体材料之间的匹配也有待认真研究。
- CxNy涂层属超硬材料,它与铁族元素呈惰性,故这种刀具可以加工钢铁材料。这是一个很大的优点,可以补充金刚石刀具的不足,从而有着广阔的应用领域。预计经过认真的研究和探讨,CxNy涂层超硬刀具有着美好的发展前景。
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