瑞典山特維克公司的新型GC1030硬質合金牌號是全球率先開發(fā)的TiAlN超多層涂層硬質合金刀具材料偷瀑，它在模具材料的加工中，發(fā)揮出了提高加工效率、延長刀具壽命的卓越性能柬唯。　　

　　(1)模具材料變化帶來的問題　　

　　近年來圃庭，隨著模具材料的性能不斷提高锄奢，模具的壽命不斷延長，但同時模具材料的可加工性(切削和磨削)也越來越差剧腻。近年來工划，模具的加工方法發(fā)生了很大變化，正從機械加工→淬火→精加工的傳統(tǒng)加工方式向直接切削加工淬硬材料的方式轉變，從而減少了加工工序绸秸，降低了加工成本嬉拾。對于SKD61等淬硬材料，直接切削加工不會出現太大問題匠似；但對于近年來新開發(fā)的跨世紀的新型模具材料臊吓，則既無法提高切削條件，也難以保證刀具壽命暗沉。這是一個不能忽視的大問題英谢。

　　(2)可切削性惡化的原因

　　當前，對應于各種不同的使用目的里淡，對模具材料的性能進行了最優(yōu)化刃伞，其共同追求的性能特點是高硬度、高韌性谎跨、高耐蝕性钥嫌、已加工表面光潔美觀、質量優(yōu)良等男杈。為了滿足這些特性要求丈屹，需要采取添加各種合金元素、控制材料結晶組織伶棒、清除雜質等措施旺垒。但是，從切削刀具的角度來看待這些性能改進肤无，就會發(fā)現它給刀具帶來了比切削抗力上升先蒋、因粘結導致刀尖損壞的危險性增大、易切削成分減少等難題宛渐。為了解決這些問題竞漾，就必須開發(fā)耐熱性、抗粘結性等切削性能優(yōu)異的刀具材料皇忿。

　　(3)開發(fā)新型刀具材料的必要性

　　為了解決上述問題畴蹭，山特維克公司開發(fā)了銑削模具用涂層硬質合金材料。在銑削一般硬度材料時鳍烁，可采用具有較高的耐熱性叨襟、耐磨性、化學穩(wěn)定性的涂層硬質合金刀具羞条。而在銑削SKD61淬硬鋼時慌缨，使用以K類(GC3040)硬質合金作為基體、涂有M2O3涂層的刀具是最好的選擇资妇。但是娱背，這些刀具對于跨世紀的新型模具材料并不適用讥燎。用CVD法涂覆的涂層硬質合金刀具不能保持鋒利的切削刃，在涂層內部殘留有拉應力烂秘，在銑削粘而硬的模具材料時掰魁，在切削刃的涂層上容易產生微崩刃，并會逐步擴展為較大崩刃裳雕。

　　用2種PVD涂層刀具材料和3種CVD涂層刀具材料做了銑削DAC55(硬度HRC47)模具材料的刀具壽命對比試驗低流。3種CVD涂層材料是在不同基體材料表面涂覆不同厚度的TiN-Al2O3-TiCN三元涂層材料；2種PVD涂層材料是在不同基體材料上涂覆含Al比例不同的TiAlN涂層帜浇。觀察切屑厚度與刀具壽命的關系辨蓄，可以看出，PVD-TiAlN涂層材料排在第1和第2位项茸，尤其是含Al量多的PVD-TiAlN涂層材料的切削壽命優(yōu)于其他四種材料祠乃。TiAlN涂層之所以能獲得高耐熱性，是由于在涂覆過程中兑燥，Al與空氣中的氧反應生成氧化鋁的結果亮瓷。但是，由于PVD涂層與基體的結合強度有一定限度降瞳，因此對于粘性材料的加工就不大適應寺庄。在切削DAC55工件材料(HRC47)的加工實例中(試驗刀具：R210-063Q22-14M；切削速度：Vc=50m/min力崇；刀齒數：z=1；軸向切削余量：ap=1mm赢织；徑向切削余量：ae=1mm亮靴；順銑；干切削于置；刀具壽命判斷標準：VB=0.2mm)茧吊，最長的刀具壽命也只有25分鐘。因此八毯，需要開發(fā)高性能的新型涂層材料搓侄。

　　(4)超多層涂層的開發(fā)

　　山特維克公司幾年前就開始關注超多涂層的作用，推進車削刀片予乏、整體硬質合金立銑刀用超多涂層的研究開發(fā)及商品化偿寥，為提高生產效率和刀具壽命做出了重大貢獻。

　　所謂超多涂層蟹游，是將數微米厚的PVD或CVD涂層交替組合重疊涂覆的涂層構造填级，其優(yōu)點是涂層內部產生的微裂紋將在中途停止擴展，從而降低涂層脫落的可能性蔓捡。而對于單層涂層來說怜人，當涂層裂紋擴展到基體表面時愚缔，此處就成為涂層剝離的起點。因此可以說癌羞，不容易發(fā)生此類情況的涂層就是優(yōu)質涂層垛淮。

　　GC1030涂層牌號在4μm厚的PVD涂層內為多達數千層的超多層涂層構造，構成涂層的元素有鈦(Ti)豌富、鋁(Al)和氮(N)根适。從涂層的整體結構來看，是一種超多層的TiAlN涂層赋焕；從微觀結構上看参歹，是通過改變各層Ti和Al的配比并交替重疊組合而成的超多層TiAlN涂層，其結果是形成了具有高耐熱性的含Al成分高的涂層和高韌性涂層交替重疊的涂層構造隆判。從整體上構成了前所未有的高耐熱性和抗剝離性兼?zhèn)涞腡iAlN涂層材料犬庇。

　　(5)性能對比

　　用山特維克公司原有的TiAlN涂層刀片與GC1030超多層TiAlN涂層刀片進行了切削DAC3工件材料(HRC41)的性能對比試驗(切削速度：Vc=90m/min；每齒進給量：fz=0.15mm/齒侨嘀；刀齒數：z=1臭挽；軸向切削余量：ap=2mm；徑向切削余量：ae=20mm咬腕；順銑欢峰；干切削)。原有TiAlN涂層中含Al成分較多涨共，是一種具有高耐熱性的刀片纽帖。比較兩種刀片試驗后的切削刃可知，GC1030牌號TiAlN涂層刀片不僅加工時間長举反，且切削刃磨損很小懊直，是一種性能優(yōu)異的超多層構造的TiAlN涂層材料。

　　GC1030涂層與其他公司含Al成分多的TiAlN涂層的切削對比試驗(試件材料仍為DAC3火鼻，切削速度：Vc=90m/min旱醉；每齒進給量：fz=0.13mm/齒；刀齒數：z=1穗蚌；軸向切削余量：ap=3mm敬育；徑向切削余量：ae=3mm；順銑崭守；干切削)結果表明零勃，其他公司的TiAlN刀具加工20分鐘后局部磨損很大，這是由于涂層(或涂層與基體的一部分)和積屑瘤剝離造成的浙辫。與此相反水亮，GC1030超多層TiAlN涂層刀具加工時間超過50分鐘時仍未發(fā)現大的崩刃。由此可見苫颤，GC1030涂層可放心應用于如淬過火的DAC3那樣粘而硬的材料加工枢菇。此外奏散，GC1030涂層材料在各種鈦合金加工中也優(yōu)于原有TiAlN涂層材料，可獲得很好的效果噩拼。雖然其因果關系的科學機理尚不清楚剩喧，但可以確定，超多層構造涂層對切削性能具有良好的正面影響世吨，不僅適用于粘而硬的模具材料加工澡刹，對于飛機構件、醫(yī)療產品等的加工也是一種不錯的刀具材料耘婚。

　　山特維克公司將把GC1030超多層TiAlN涂層材料用于PVD涂層硬質合金銑削刀具罢浇。2006年春季應用于所有的可樂滿銑刀，到秋季應用于可樂滿245端面銑刀的新型切削刃刀片沐祷、可樂滿210大進給銑刀的正前角斷屑槽刀片和可樂滿300低切削抗力圓刀片機夾銑刀的磨削級正前角刀片等嚷闭，使GC1030型超多層TiAlN涂層材料逐步擴大應用范圍，并占據主導地位赖临。

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