新型刀具材料——稀土硬質(zhì)合金

國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　在各種硬質(zhì)合金刀具材料中册赛，添加少量的稀土元素婉孙，均可有效地提高硬質(zhì)合金的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度版叁。硬質(zhì)合金的耐磨性和硬度也有一定的改善墓且。因此临辰，刀具在正常磨損下的使用壽命得以延長(zhǎng)，抗沖擊性能能夠提高。稀土元素蘊(yùn)藏量豐富亏乞，價(jià)格也不貴焰究，故這種硬質(zhì)合金刀具材料極有應(yīng)用前景.
　　在現(xiàn)代機(jī)械加工中，刀具材料以硬質(zhì)合金和高速鋼用得最多怒详，幾乎各占一半炉媒。高速鋼的發(fā)明和應(yīng)用，已有整整一個(gè)世紀(jì)的歷史昆烁，硬質(zhì)合金則已有半個(gè)世紀(jì)吊骤。但二者均研制出許多新品種，其性能不斷提高静尼，在機(jī)械加工中發(fā)揮著重要作用水援。添加稀土元素的硬質(zhì)合金則是刀具材料新品種之一。稀土元素是指化學(xué)元素周期表中原子序數(shù)57～71(從La到Lu)茅郎，再加上21和39(Sc和Y)蜗元，共17個(gè)元素。將某些稀土元素系冗，以一定方式奕扣，微量添加到傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金牌號(hào)中，即可有效地提高它們的機(jī)械性能與切削性能掌敬。我國(guó)稀土元素資源豐富惯豆，對(duì)稀土硬質(zhì)合金的研究開(kāi)發(fā)，領(lǐng)先于其他國(guó)家犀刀。已研制出下列牌號(hào)的刀具用稀土硬質(zhì)合金：YG8R(相當(dāng)于ISO K30級(jí)別)葬籽、YG6R(K20)、YW1R(M10)饮茬、YW2R(M20)努示、YT5R、YT14R(P20)拉狸、YT15R(P10)盾峭、YS25R(P25)。還有稿纺、地質(zhì)工具牌號(hào)YG11CR甫碉。作者對(duì)上述P類(lèi)、M類(lèi)谭驮、K類(lèi)稀土硬質(zhì)合金的切削性能均作了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究蝗质，并探討了它們的切削機(jī)理。
稀土硬質(zhì)合金的機(jī)械齐秕、物理性能
　　在YG8沈机、YT14尼荆、YW1硬質(zhì)合金中添加了Ce、Y等稀土元素后唧垦，形成了稀土硬質(zhì)合金YG8R、YT14R液样、YW1R振亮。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鞭莽；YW1R則為通用牌號(hào)坊秸，可用于各種工件材料的半精加工。
經(jīng)過(guò)測(cè)試澎怒，添加稀土元素后硬質(zhì)合金的組織比較致密褒搔；室溫硬度和高溫硬度有所改善；斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度顯著提高喷面，分別提高20%和10%以上星瘾。稀土硬質(zhì)合金的耐磨損和使用壽命試驗(yàn)
　　通過(guò)試驗(yàn)我們知道，與無(wú)稀土元素的原刀片相比惧辈，YG8R琳状、YT14R、YW1R刀片的耐磨性和使用壽命均有不同程度的提高承蠕。
我們還進(jìn)行了稀土硬質(zhì)合金的抗沖擊試驗(yàn)菜册，用YG8R、YT14R扳啃、YW1R等添加稀土元素的硬質(zhì)合金刀片蓄棘，與未添加稀土元素的YG8、YT14危婚、YW1刀片褥欺，車(chē)削花鍵軸鋼件，便刀尖受沖擊峦仲，直至刀尖破損為止闺蜈。經(jīng)多次重復(fù)試驗(yàn)，在刀尖破損前想祝，YG8R昵人、YT14R、YW1R刀片所能承受的沖擊次數(shù)分別比YG8览讳、YT14誊酌、YW1刀片提高1～2倍以上。
　　稀土硬質(zhì)合金的切削力試驗(yàn)
　　用添加稀土元素的硬質(zhì)合金刀片YT14R露乏、YW1R車(chē)削45#鋼(HB200)碧浊，與YT14、YW1刀片對(duì)比。用三向電阻式測(cè)力儀箱锐，測(cè)量并記錄三向切削力：主切削力Fc比勉，切深方向切削力Fp，進(jìn)給方向切削力Ff驹止。在多次改變切削參數(shù)的情況浩聋，得出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是：YT14R、YW1R刀片的Fc臊恋，分別比YT14衣洁、YW1刀片減小5%左右，而它們的Fp與Ff則比YT14抖仅、YW1刀片減小10%～15%以上坊夫。
主切削力的試驗(yàn)公式為：
YT14R車(chē)削45#鋼 Fc=2059ap0.89f0.84N
YT14車(chē)削45#鋼 Fc=2104ap0.86f0.80N
YW1R車(chē)削45#鋼 Fc=1771ap0.98f0.79N
YW1車(chē)削45#鋼 Fc=2196ap1f0.87N
　　切削機(jī)理
　　稀土元素存在于(W,Ti)C或(W,Ti,Ta,Nb)C固溶體中，能強(qiáng)化硬質(zhì)相撤卢；并能抑制WC晶粒不均勻長(zhǎng)大蛾藐，使之趨向均勻，平均晶粒尺寸有所減小昂贷。少量稀土元素還固溶在粘結(jié)相Co中坦妙，使粘結(jié)相得到強(qiáng)化。稀土元素富集在WC/Co的相界面處及(W,Ti)C/(W,Ti)C等相界面間契惶，常與雜質(zhì)S璃帘、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(jié)相的潤(rùn)濕性驳蒙。由此熬魄，稀土硬質(zhì)合金的沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度及工作時(shí)的抗沖擊能力明顯得到提高组缎。其硬度滔壳、耐磨性及刀具表面上抗擴(kuò)散和抗氧化的能力亦有一定提高。
經(jīng)過(guò)電鏡測(cè)試朴轰，還發(fā)現(xiàn)稀土硬質(zhì)合金刀片在切削時(shí)表層有富鈷現(xiàn)象武填，故能降低切屑、工件與刀具間的摩擦系數(shù)唆阿，從而可以降低切削力益涧。
稀土元素在自然界蘊(yùn)藏豐富，價(jià)格不高驯鳖，添加在硬質(zhì)合金中可以明顯地提高機(jī)械闲询、物理性能和使用性能，故有廣闊的應(yīng)用前景浅辙。
　　應(yīng)用實(shí)例
　　1. 北京建筑機(jī)械廠(chǎng)用YT14R和YT14硬質(zhì)合金車(chē)削45#鋼軸(調(diào)質(zhì)扭弧，硬度HB250)阎姥，切削速度v=60m/min，切削深度ap=0.5mm鸽捻，進(jìn)給量f=0.51mm/r呼巴。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(jī)總廠(chǎng)采用YT14R和YT14硬質(zhì)合金刀具車(chē)削45#凸輪軸(調(diào)質(zhì)御蒲，HRC28～32)衣赶，v=92m/min，ap=3mm删咱，f=0.6mm/r。YT14R平均能加工80～100件矢骚，而YT14只能加工40～50件凭坪。且YT14R打刀現(xiàn)象少于YT14。
　　3.北京內(nèi)燃機(jī)總廠(chǎng)用YW1R和YW1硬質(zhì)合金車(chē)削45#凸輪軸(調(diào)質(zhì)县防，HRC28～32)连谁，v=92m/min，ap=3mm窍蟹，f=0.6mm/r醋皂。YW1R平均能加工60～70件，無(wú)打刀現(xiàn)象舟到，而YW1只能加工30～32件辖芍，且有時(shí)打刀。
　　4.中國(guó)航天工業(yè)總公司五院第502研究所采用YW1R和YW1刀具車(chē)削不銹鋼1Cr18Ni9Ti(抗拉強(qiáng)度　　sb=0.55GPa)和高溫合金GH3128(sb=0.84GPa)章理，v=30～60m/min所硅，ap=0.7～1.5mm，f=0.08mm/r杂蒙。YW1R的使用壽命為YW1的2倍以上营稼，YW1的加工表面粗糙度為Ra=3.2mm，YW1R為Ra=1.6mm台腥。
　　5. 北京第一機(jī)床廠(chǎng)用YG8R和YG8硬質(zhì)合金車(chē)削灰鑄鐵HT200(硬度HB170～180)宏赘，v=80m/min，ap=2mm黎侈，　f=0.3mm/r察署。YG8R的使用壽命為YG8的1.5～2倍，且抗沖擊性能有所改善峻汉。

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刀具刀片加工機(jī)械

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