超硬材料的發(fā)展將引發(fā)機(jī)械制造的巨大變革
每一種切削工具材料在發(fā)展中都會(huì)出現(xiàn)一些異常,因此必須不斷探索和研究昧甲。每一種材料均有不同的特性惊也,在使用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)工具和被加工材料的特性,甚至加工條件來(lái)選擇合理的加工方法旬渤。
眾所周知吏口,金剛石是世界上最硬的物質(zhì),作為切削工具是很理想的材料冰更,所以現(xiàn)在應(yīng)用相當(dāng)廣泛产徊。但是它與黑色金屬有親和力,并且在700℃左右蜀细,會(huì)發(fā)生石墨化現(xiàn)象舟铜,金剛石的磨損便會(huì)加速,所以只適合于切削有色金屬和非金屬材料审葬。但是人們一直在努力打破這種禁區(qū)深滚,比如美國(guó)LLNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Cassteven教授曾采用富有碳的環(huán)境,直接切削黑色金屬涣觉,有一定的效果痴荐;我國(guó)哈工大采用液氮噴淋;以超低溫切削黑色金屬官册。也同樣取得一定的效果生兆,最近有人認(rèn)為含一定量硼的金剛石有可能切削黑色金屬,總之在不久的將來(lái)膝宁,是有可能會(huì)有所突破的鸦难。
超硬材料涂層的切削工具出現(xiàn)比陶瓷涂層的早,但仍有許多問(wèn)題待解決籍喧,特別是粘接力的強(qiáng)弱水仑,它直接影響到切削工具的壽命蒿缎。在陶瓷涂層的方面也有這類問(wèn)題的發(fā)生,如切削工具在涂前的潔凈處理颂芒;又如切削工具的刃磨中菠告,不容許刃口退火,不容許留有毛刺乱感,也有采用多涂層的辦法來(lái)解決蚜冀,但是在超硬涂層方面還有待新的發(fā)展。
陶瓷涂層技術(shù)的誕生蠢耻,是切削工具材料的重大發(fā)展逞扰,而超硬材料涂層的再次突破,使幾乎所有的切削工具向更理想的領(lǐng)域靠攏威视。
PCD和PCBN是當(dāng)前應(yīng)用比較普遍的切削工具唾浙,其技術(shù)的發(fā)展仍然受到重視,比如國(guó)外的產(chǎn)品捂齐,在制造中寿烟,用電火花線切割將坯料直接切成規(guī)定的形狀,但是國(guó)產(chǎn)的坯料只能先將其硬質(zhì)合金部分切開辛燥,然后切其余部分。一般這類切削工具所能達(dá)到的表面粗糙度較低缝其,而應(yīng)用美國(guó)GE公司的細(xì)粒度刀片挎塌,則可以接近鏡面,主要原因是晶粒粒徑超細(xì)化内边。其界面增大榴都,能獲得更平滑的切削刃。
厚膜金剛石的合成是一次切削工具材料的突破漠其,它的出現(xiàn)將會(huì)更多地提供取代當(dāng)前超精密加工領(lǐng)域中應(yīng)用的天然金剛石的可能性嘴高,這不僅因?yàn)樗男阅芘c天然金剛石接近,而且它的成本低和屎。對(duì)金剛石礦藏稀少的國(guó)家來(lái)說(shuō)拴驮,展示了很好的前景。金剛石沉積的基體在沉積之前柴信,須經(jīng)過(guò)認(rèn)真的清洗守犯。如果是硬質(zhì)合金,一般采用的是鈷基硬質(zhì)合金浸弦,它影響金剛石合成時(shí)的核發(fā)生密度飘示,密度低,的則沉積質(zhì)量明顯差弹噩,涂層的粘接力就低每竿。所以必須采取腐蝕的辦法去除表層的鈷帐等。
因?yàn)殁捲诤突牡慕缑嫔铣练e時(shí),會(huì)生成石墨等非金剛石物質(zhì)和氣孔塞俗。很多碳擴(kuò)散在鈷中颤赤,又會(huì)成為界面上龜裂生成原因。含鈷的WC燒結(jié)的熱膨脹系數(shù)為5×10-6/——6×10-6/℃铆寓,比金剛石的3.1×10-6/℃大假怔,所以℃合成時(shí),冷卻到常溫陵蜻,又會(huì)成為產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因怕收。從這些情況分析,要提高含鈷的硬質(zhì)合金上沉結(jié)金剛石的粘結(jié)力舆瘪,仍然是一個(gè)值得探索的課題片效。最近日本東京工業(yè)大學(xué)吉川昌范教授提出,采用放電燒結(jié)法英古,可能制造出不含鈷的WC粉末燒結(jié)體淀衣,使其沉積的粘結(jié)力明顯提高,并且其沉積的金剛石粒徑也小召调,這都表明沉積的技術(shù)正在向更高層次發(fā)展膨桥。
人工合成大顆粒單晶金剛石業(yè)已突破,但成本仍然很高唠叛,還有待發(fā)展只嚣。總之艺沼,超硬材料的發(fā)展必將引發(fā)機(jī)械制造的巨大變革册舞,對(duì)21世紀(jì)無(wú)疑將會(huì)作出更大的貢獻(xiàn)。
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