刀具材料

    最廣泛地使用于P/M行業(yè)的刀具是那些在生產(chǎn)良好表面光潔度條件下耐磨、耐刃口破裂和不產(chǎn)生積屑瘤的材料。而這些特性對任何加工操作都是有用的，它們在加工P/M零件時(shí)尤其重要。包含在這個(gè)種類里的刀具材料有立方氮化硼（CBN）刀具、不涂層和涂層金屬陶瓷以及改進(jìn)的涂層燒結(jié)硬質(zhì)合金。

    CBN刀具因其高硬度和耐磨性而有吸引力。這種刀具已經(jīng)在洛氏硬度45及以上的鋼件和鑄鐵加工中使用多年。但是，由于P/M合金的獨(dú)特性能和顯微硬度和宏觀硬度的重大差別，使CBN刀具能用于軟到洛氏硬度25的P/M零件。關(guān)鍵的參數(shù)是顆粒的硬度。當(dāng)顆粒的硬度超過洛氏50度時(shí)，不管宏觀硬度值是多少，CBN刀具是可用的。這種刀具明顯的限制是它們的韌性不足。如果是斷續(xù)切削或含孔率高的話包括負(fù)倒棱和較重的珩磨在內(nèi)的刃口加固是需要的。簡單的輕切削用珩磨的切削刃就能完成。

    有幾種材質(zhì)的CBN是有效的。韌性最好的材質(zhì)主要由整體CBN構(gòu)成。它們韌性極好因此可用作粗加工。它們的限制通常和表面光潔度相關(guān)。很大程度上由構(gòu)成刀具的CBN個(gè)體顆粒決定。當(dāng)顆粒從切削刃上脫落時(shí)會(huì)在工件材料表面產(chǎn)生影響。而細(xì)顆粒刀具脫落一個(gè)顆粒則情況不那么嚴(yán)重。

    通常使用的CBN材質(zhì)的CBN含量高，顆粒大小中等。CBN精加工刀片是細(xì)顆粒的而且CBN含量低。它們對輕切削和表面光潔度有要求或被加工合金特別硬的場合最有效。

    在很多切削應(yīng)用里刀具壽命和材質(zhì)種類是獨(dú)立無關(guān)的。換句話說，任何一種CBN材質(zhì)可取得類似的刀具壽命。在這些情況下，材質(zhì)的選擇主要以每個(gè)切削刃的成本最低為依據(jù)。一片圓刀片有一整個(gè)CBN頂面并能提供四個(gè)或更多的切削刃，要比四片鑲齒CBN刀片更便宜。

    當(dāng)P/M零件的硬度低于洛氏35度，并且顆粒本身硬度不超出范圍，金屬陶瓷通常是選擇之一。金屬陶瓷很硬，能有效阻止積屑瘤且能承受高速。另外，因?yàn)榻饘偬沾蓺v來用于鋼件和不銹鋼的高速、精加工，它們通常有適合接近成型零件的理想幾何槽形。

    今天的金屬陶瓷在冶金上是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有多達(dá)11種合金元素。通常它們是碳氮化鈦（TiCN）顆粒和Ni-Mo粘接劑燒結(jié)而成。TiCN提供對成功使用金屬陶瓷很重要的硬度、抗積屑瘤和化學(xué)穩(wěn)定性。另外，這些刀具通常有很高的粘接劑含量，這意味著它們有良好的韌性�？偠�言之，它們具備有效加工P/M合金的所有特性。幾種材質(zhì)的金屬陶瓷是有效的，就象碳化鎢燒結(jié)硬質(zhì)合金那樣，粘接劑含量越高，韌性越好。

    已知的相對較新的進(jìn)展是中溫化學(xué)氣相沉積（MTCVD）也提供P/M行業(yè)的優(yōu)勢。MTCVD保留傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積（CVD）所有的耐磨性和抗月牙洼磨損性能外還很客觀地提高韌性。這種韌性的增加主要來自裂紋的減少。涂層在高溫下沉積然后在爐內(nèi)冷卻。由于熱膨脹不一致，當(dāng)?shù)毒叩竭_(dá)室溫時(shí)涂層里包含裂紋。和平板玻璃上的劃痕類似，這些裂紋降低刀具刃口強(qiáng)度。MTCVD工藝較低的沉積溫度導(dǎo)致更低的裂紋頻率和韌性較好的切削刃。

    當(dāng)CVD涂層和MTCVD涂層的基體有相同的特性和刃口修磨時(shí)，它們的韌性的區(qū)別能得到論證。當(dāng)使用在刃口韌性有要求的應(yīng)用，MTCVD涂層性能表現(xiàn)超過CVD涂層。通過分析，當(dāng)加工含多孔結(jié)構(gòu)的P/M零件時(shí)，刃口韌性是重要的。MTCVD涂層勝過CVD涂層。

    物理氣相沉積（PVD）涂層較薄且不如MTCVD或CVD涂層耐磨或耐月牙洼磨損。但是，PVD涂層應(yīng)用場合是能承受顯著沖擊。當(dāng)切削是磨料磨損場合、CBN和金屬陶瓷又太脆和需要極好的表面光潔度，PVD涂層會(huì)是有效的。

    例如，C-2硬質(zhì)合金的切削刃在線速度每分鐘180米和進(jìn)給每轉(zhuǎn)0.15毫米情況下加工FC0205。在加工20個(gè)零件后積屑瘤能引起微崩。當(dāng)使用PVD氮化鈦（TiN）涂層時(shí)，積屑瘤被抑制而且刀具壽命延長。當(dāng)使用TiN涂層做這個(gè)測試時(shí)，P/M零件的磨料磨損特性預(yù)計(jì)TiCN涂層會(huì)更有效。TiCN有和TiN幾乎相同的抗積屑瘤能力但比TiN更硬更耐磨。

    多孔結(jié)構(gòu)是重要的而且它影響FC0208合金的可加工性。當(dāng)多孔結(jié)構(gòu)和特性改變時(shí)，各種不同的刀具材料提供相應(yīng)的優(yōu)勢。當(dāng)密度低的時(shí)候（6.4g/cm3），宏觀硬度是低的。在這種情況下，MTCVD涂層硬質(zhì)合金提供最佳刀具壽命。切削刃的微觀疲勞很重要，刃口韌性很受重視。在這個(gè)情況下韌性好的金屬陶瓷刀片提供最大的刀具壽命。

    當(dāng)生產(chǎn)密度為6.8g/cm3的同樣的合金，磨料磨損變得比刃口裂紋更重要。在這種情況下，MTCVD涂層提供最好的刀具壽命。PVD涂層硬質(zhì)合金對極硬的兩種類型的零件都進(jìn)行測試，碰到刃口破裂。

    當(dāng)速度升高（線速度每分鐘300米以上），金屬陶瓷甚至涂層金屬陶瓷也會(huì)產(chǎn)生月牙洼磨損。涂層硬質(zhì)合金更適合，尤其是當(dāng)涂層硬質(zhì)合金的切削刃韌性好時(shí)。MTCVD涂層到有富鈷區(qū)的基體的硬質(zhì)合金尤其有效。

    金屬陶瓷最常見用于車削和鏜削加工。因?yàn)榭赡芷谕�較低的速度和更多關(guān)注積屑瘤，PVD涂層硬質(zhì)合金對于螺紋加工很理想。