高速鋼鉆頭和絲錐表面的Co離子注入

　　金屬離子注入到金屬或非金屬零件表面內(nèi)是20世紀80年代發(fā)明的一種表面改性技術粤铭。 金屬離子注入技術是將金屬蒸氣引入電離室鞋怀，經(jīng)高壓電場作用進行離化和加速畏铆，引出大束流金屬正離子流并以極高速度和能量注入表面組織中雷袋，通過改變注入工藝參數(shù)可進行單元素和多元素金屬的單注或共注。根據(jù)刀具切削性能的要求辞居，可選擇所需的注入金屬元素楷怒，以達到最佳切削效果。對注入后的表面分析和檢測表明瓦灶，已注入金屬元素的表面晶格發(fā)生了嚴重的畸變和強化鸠删，基體表面組織與注入金屬元素離子發(fā)生化合反應，形成了金屬化合物和彌散金屬硬質(zhì)相贼陶，如氧化物刃泡、碳化物和氮化物等，例如注入Ti碉怔、Co烘贴、C等金屬元素，金屬表面硬度可達1600~2000HV。注入后形成的硬化改性層深度可控制在幾埃米到幾百納米庸伏。此外与笛，該硬質(zhì)層是混合體，沒有傳統(tǒng)涂層的明顯界面技乡，故該硬質(zhì)層與金屬基體有極高的結合強度得惩，從而提高了改性表面的耐磨性、抗沖擊性和耐腐蝕性技碍。我們對高速鋼鉆頭皇苫、絲錐進行Co離子注入并與未經(jīng)注入處理的鉆頭、絲錐作了切削性能對比試驗云许，注入Co離子絲錐的材料為W6Mo5Cr4V2烈拉，尺寸為M10×1 (帶刃傾角)，試件為1Cr18Ni9Ti 不銹鋼延杯，硬度190HB;捅没，抗拉強度642MPa，選用切削速度3.6m/min玫斋，澆注乳化切削液舀黄，流量5L/min。攻絲過程中蚯涮，注入Co離子與未注入Co離子的絲錐切削齒后面上的磨損過程如圖1所示治专，當總攻絲長度為4m時，注入Co離子的絲錐切削齒后面上磨損量為0.15mm遭顶，未注入Co離子的磨損量為0.4mm张峰，因此注入Co離子其絲錐的切削壽命較未注入Co離子的提高1.5~ 2倍。 圖1 注Co離子與未注Co離子的絲錐切削齒磨損過程 圖2所示為絲錐切削齒后面上磨損形態(tài)棒旗。圖2(a)為用注入Co離子的絲錐切削后喘批，刀齒后面沿刀刃處產(chǎn)生的是均勻磨損；圖2(b)為未注入Co離子的絲錐刀齒后面位于刀刃轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生了嚴重磨損并伴隨著崩刃铣揉。切削試驗表明饶深，絲錐表面經(jīng)過改性處理后，它的耐磨性和抗沖擊性獲得了顯著的提高逛拱，其切削齒后面上的磨損是在緩慢和均勻的情況下進行敌厘。 (a)注Co離子絲錐 (b)未注Co離子絲錐 圖2 絲錐刀齒后面上磨損形態(tài) 此外，對f6mm高速鋼鉆頭進行注入Co離子處理朽合，用它鉆削1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料的孔俱两，在鉆削速度Vc=12m/min、進給量f=0.12mm/r祖擦、使用乳化切削液等條件下舶酒，平均鉆孔數(shù)為423孔装魁，而使用未經(jīng)處理的鉆頭平均鉆孔數(shù)為67孔，因此前者的切削效率是后者的6.3倍锨穷。 根據(jù)已發(fā)表的資料表明歉冷，注入Ti離子的鉆頭的切削壽命是未注入Ti離子的7倍；注入Ti+C離子的盤銑刀的切削壽命較未注入Ti+C離子的提高2~4倍岗憨。

　　2 多元多層超硬涂層絲錐

　　在對刀具用TiC、Ti8 等進行涂層的基礎上锁熟，進一步研究了對刀具進行多元多層超硬復合涂層帝膊，其中TiC+TiCN 系列的多元多層復合涂層已大批量用于刀具涂層，并獲得了良好的效果麸媒。目前常用的多元涂層有TiN僻跳、TiC、ZrN胚览、TiAlN茶月、DLC，多層復合涂層有TiCN+TiN鹉动、TiN+TiC+DLC轧坎、TiN+TiAlN 等，它們的主要物理機械性能介紹如下泽示。 TiCN+TiN：硬度3100~3400HV缸血，膜層綜合了氮化鈦的耐沖擊和碳化鈦的高硬度及耐磨性的特點，膜層與鋼之間的摩擦系數(shù)小械筛，抗氧化溫度達650~700°C捎泻，具有優(yōu)良的物理和機械性能。 TiAlN：硬度3400~3600HV埋哟，耐磨性僅低于類金剛石膜笆豁，是目前國際工具行業(yè)最為推崇的超硬涂層。 ZrN：硬度2000~2100HV赤赊，它的耐磨性是TiN涂層的3倍闯狱，該膜層與高速鋼基體有很牢固的結合強度，因此具有很高的耐沖擊性砍鸠，它的抗氧化溫度為500~700°C扩氢，膜層美觀且呈淡金黃色。我們對上述各類超硬涂層的工藝進行了長期的研究和實踐京佃，所涂制的各種刀具在使用中都有較好的效果椎裕，其中TiCN+TiN 多元多層涂層絲錐在制造汽車零件的自動生產(chǎn)線上進行了中批試驗(350支絲錐) ，其結果受到上海匯眾汽車制造有限公司很高的評價崔狂，該涂層絲錐在生產(chǎn)中使用情況如下皿进。 TiCN+TiN 多元多層復合涂層絲錐的規(guī)格為M12×1.5辕寺，攻削硬度220HBS 的鑄鐵件螺孔，攻絲速度Vc=6.5m/min臊瞬，最后切削效果是平均每支絲錐攻制1172個螺孔误扯，攻絲效率平均提高5.59倍，且該絲錐在攻絲過程中無一斷裂银景。圖3是在自動線上更換下的涂層絲錐骇瓦，可看出絲錐刀齒后面上僅產(chǎn)生較小且均勻的正常磨損，而在校正齒后面上尚未出現(xiàn)明顯磨損诽粪，各刀齒上未見崩刃現(xiàn)象庶咨，該絲錐在通常情況下仍可繼續(xù)使用。圖3 TiCN+TiN多元多層復合涂層絲錐刀齒后面上磨損情況 此外君铁，用TiCN+TiN多元多層復合涂層涂制f6mm高速鋼鉆頭检碗，選用鉆削速度Vc= 25m/min、進給量f=0.12mm/r码邻，使用乳化切削液折剃，鉆削硬度220HBS的40Cr鋼，該涂層鉆頭的切削壽命比涂TiN的鉆頭提高3倍像屋。 經(jīng)過不同的膜系和膜厚的組合怕犁，對所制成的涂層刀具進行比較試驗，其中使用Ti+TiN+TiCN+TiN+TiCN的多元多層復合涂層的絲錐切削壽命較未涂層絲錐提高4.6倍开睡。

　　3 影響涂層刀具切削性能的因素

　　在使用新型高性能涂層刀具時因苹，可能出現(xiàn)達不到預期的切削效果，這是有許多因素造成的篇恒。例如涂層設備扶檐、工藝及涂層技術、質(zhì)量和性能等胁艰，有些因素可通過長期實踐及進一步研究款筑、改進來逐漸解決。有關涂層質(zhì)量方面問題 在進行多元多層復合涂層前腾么，需要重點探索和解決多層金屬元素之間的最佳配合浩出、膜層的先后次序及其不同的厚度，合理控制涂層的工藝參數(shù)及應力問題靡隔。并要對涂層膜進行抽樣檢測扶蜻，測定膜層厚度、分布均勻性谆纸、結合力搔绿、耐磨性和硬度等物理機械性能。

　　有關刀具基體質(zhì)量方面問題 在高質(zhì)量刀具基體上進行高質(zhì)量涂層耻炕，才能有高性能涂層刀具法顺。確保刀具基體的質(zhì)量归闺，應重視及控制刀具坯料的成分、含量及刀具的精加工工藝快挡、熱處理后的基體組織和硬度临辨，我們曾對同一規(guī)格和精度但不同制造廠的兩種絲錐進行多元多層復合涂層，這兩種絲錐在使用時的切削壽命就有0.3~0.5倍的差別现蹂。此外筏拢，有些絲錐經(jīng)精加工后，在刀刃上存在細微缺口宣吱，這些缺口會導致無法成膜或膜破裂窃这，因而使用時產(chǎn)生崩刃或刃口裂痕。 切削刀具的結構與幾何參數(shù) 這也是影響涂層刀具切削性能的重要因素征候，例如我們曾分別用帶刃傾角和不帶刃傾角絲錐進行注入Co離子處理，它們分別在相同條件攻制不銹鋼螺孔祟敛，帶刃傾角又注入Co離子的絲錐切削壽命明顯提高疤坝。另外，分別使用前角gf≈29°和gf<10°又注入Co離子的絲錐切削馆铁，它們的切削效果均不太顯著跑揉。 總之，對新型高性能涂層刀具的推廣應用埠巨，不僅要嚴格保證改性涂層的質(zhì)量历谍，而且更應保證刀具基體的質(zhì)量和性能。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)辣垒，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享望侈，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責，也不構成任何其他建議勋桶。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布猛疗、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺牛跷，不為其版權負責定合。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片叛榆、文字如涉及作品版權問題喂惜，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容码遥，以保證您的權益服半！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。