在各種硬質(zhì)合金刀具材料中,添加少量的稀土元素,均可有效地提高硬質(zhì)合金的斷裂韌性和抗彎強度。硬質(zhì)合金的耐磨性和硬度也有一定的改善。因此,刀具在正常磨損下的使用壽命得以延長,抗沖擊性能能夠提高溯剑。稀土元素蘊藏量豐富,價格也不貴,故這種硬質(zhì)合金刀具材料極有應用前景。 在現(xiàn)代機械加工中,刀具材料以硬質(zhì)合金和高速鋼用得最多,幾乎各占一半蚜枢。高速鋼的發(fā)明和應用,已有整整一個世紀的歷史,硬質(zhì)合金則已有半個世紀缸逃。但二者均研制出許多新品種,其性能不斷提高,在機械加工中發(fā)揮著重要作用。添加稀土元素的硬質(zhì)合金則是刀具材料新品種之一厂抽。

稀土元素是指化學元素周期表中原子序數(shù)57～71(從La到Lu),再加上21和39(Sc和Y),共17個元素需频。將某些稀土元素,以一定方式,微量添加到傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金牌號中,即可有效地提高它們的機械性能與切削性能。我國稀土元素資源豐富,對稀土硬質(zhì)合金的研究開發(fā),領先于其他國家筷凤。已研制出下列牌號的刀具用稀土硬質(zhì)合金:YG8R(相當于ISO K30級別)昭殉、YG6R(K20)、YW1R(M10)藐守、YW2R(M20)挪丢、YT5R、YT14R(P20)、YT15R(P10)乾蓬、YS25R(P25)惠啄。還有礦山、地質(zhì)工具牌號YG11CR任内。作者對上述P類歇盒、M類、K類稀土硬質(zhì)合金的切削性能均作了系統(tǒng)的試驗研究,并探討了它們的切削機理腐熊。

稀土硬質(zhì)合金的機械韩丸、物理性能 在YG8、YT14冒瞎、YW1硬質(zhì)合金中添加了Ce查新、Y等稀土元素后,形成了稀土硬質(zhì)合金YG8R、YT14R弟茸、YW1R栅洁。YG8R主要用于鑄鐵和有色金屬的粗加工；YT14R主要用鋼材的半精加工版叁；YW1R則為通用牌號,可用于各種工件材料的半精加工劳诽。 經(jīng)過測試,添加稀土元素后硬質(zhì)合金的組織比較致密；室溫硬度和高溫硬度有所改善敲侧；斷裂韌性和抗彎強度顯著提高,分別提高20%和10%以上定歧。 稀土硬質(zhì)合金的耐磨損和使用壽命試驗 通過試驗我們知道,與無稀土元素的原刀片相比,YG8R、YT14R僻匿、YW1R刀片的耐磨性和使用壽命均有不同程度的提高官地。

我們還進行了稀土硬質(zhì)合金的抗沖擊試驗,用YG8R、YT14R烙懦、YW1R等添加稀土元素的硬質(zhì)合金刀片,與未添加稀土元素的YG8驱入、YT14、YW1刀片,車削花鍵軸鋼件,便刀尖受沖擊,直至刀尖破損為止氯析。經(jīng)多次重復試驗,在刀尖破損前,YG8R亏较、YT14R、YW1R刀片所能承受的沖擊次數(shù)分別比YG8掩缓、YT14雪情、YW1刀片提高1～2倍以上。

稀土硬質(zhì)合金的切削力試驗

用添加稀土元素的硬質(zhì)合金刀片YT14R你辣、YW1R車削45#鋼(HB200),與YT14巡通、YW1刀片對比。用三向電阻式測力儀,測量并記錄三向切削力:主切削力Fc,切深方向切削力Fp,進給方向切削力Ff舍哄。在多次改變切削參數(shù)的情況,得出的統(tǒng)計結果是:YT14R宴凉、YW1R刀片的Fc,分別比YT14誊锭、YW1刀片減小5%左右,而它們的Fp與Ff則比YT14、YW1刀片減小10%～15%以上缨拇。 主切削力的試驗公式為: YT14R車削45#鋼 Fc=2059ap0.89 f0.84N YT14車削45#鋼 Fc=2104ap0.86 f0.80N YW1R車削45#鋼 Fc=1771ap0.98 f0.79N YW1車削45#鋼 Fc=2196ap1 f0.87N 切削機理 稀土元素存在于(W,Ti)C或(W,Ti,Ta,Nb)C固溶體中,能強化硬質(zhì)相茅早；并能抑制WC晶粒不均勻長大,使之趨向均勻,平均晶粒尺寸有所減小敞冤。少量稀土元素還固溶在粘結相Co中,使粘結相得到強化类紧。

稀土元素富集在WC/Co的相界面處及(W,Ti)C/(W,Ti)C等相界面間,常與雜質(zhì)S、O等化合形成RE2O2 S等化合物,改善了界面上潔凈狀況并提高了硬質(zhì)相與粘結相的潤濕性崭甩。由此,稀土硬質(zhì)合金的沖擊韌性抵思、抗彎強度及工作時的抗沖擊能力明顯得到提高。其硬度有愚、耐磨性及刀具表面上抗擴散和抗氧化的能力亦有一定提高焙句。 經(jīng)過電鏡測試,還發(fā)現(xiàn)稀土硬質(zhì)合金刀片在切削時表層有富鈷現(xiàn)象,故能降低切屑、工件與刀具間的摩擦系數(shù),從而可以降低切削力叔抡。

稀土元素在自然界蘊藏豐富,價格不高,添加在硬質(zhì)合金中可以明顯地提高機械港摘、物理性能和使用性能,故有廣闊的應用前景。 應用實例 1. 北京建筑機械廠用YT14R和YT14硬質(zhì)合金車削45#鋼軸(調(diào)質(zhì),硬度HB250),切削速度v=60m/min,切削深度ap=0.5mm,進給量f=0.51mm/r躬源。YT14R的使用壽命比YT14提高2倍,且已加工表面質(zhì)量略有改善 2.北京內(nèi)燃機總廠采用YT14R和YT14硬質(zhì)合金刀具車削45#凸輪軸(調(diào)質(zhì),HRC28～32),v=92m/min,ap=3mm,f=0.6mm/r脖嗽。YT14R平均能加工80～100件,而YT14只能加工40～50件。且YT14R打刀現(xiàn)象少于YT14拆座。 3.北京內(nèi)燃機總廠用YW1R和YW1硬質(zhì)合金車削45#凸輪軸(調(diào)質(zhì),HRC28～32),v=92m/min,ap=3mm,f=0.6mm/r主巍。YW1R平均能加工60～70件,無打刀現(xiàn)象,而YW1只能加工30～32件,且有時打刀。 4.中國航天工業(yè)總公司五院第502研究所采用YW1R和YW1刀具車削不銹鋼1Cr18Ni9Ti(抗拉強度 sb=0.55GPa)和高溫合金GH3128(sb=0.84GPa),v=30～60m/min,ap=0.7～1.5mm,f=0.08mm/r挪凑。YW1R的使用壽命為YW1的2倍以上,YW1的加工表面粗糙度為Ra=3.2mm,YW1R為Ra=1.6mm孕索。 5. 北京第一機床廠用YG8R和YG8硬質(zhì)合金車削灰鑄鐵HT200(硬度HB170～180),v=80m/min,ap=2mm, f=0.3mm/r。YG8R的使用壽命為YG8的1.5～2倍,且抗沖擊性能有所改善躏碳。

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