结合剂比例和cBN粒度配比对PcBN复合材料微观结构和性能的影响

在高温高压条件下制备了聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等研究了结合剂配比和立方氮化硼(cBN)粒度对PcBN复合材料的成分、微观结构、显微硬度和磨耗比的影响。实验结果表明:在压力5.5 GPa,温度1400℃,保温10 min的烧结条件下,当V(TiN_(0.3))∶V(AlN)=70∶30时,PcBN复合材料性能较为优异,硬度最高达到22.7 GPa,磨耗比达到149.2;当PcBN复合材料中cBN粒度组合为V(0.5~1μm)∶V(2~5μm)∶V(5~10μm)=3∶5∶2时,颗粒之间的堆积密度达到最高,性能也达到最优。

PCBN刀片铣削QT450球墨铸铁的试验研究

为研究PCBN铣刀片铣削球墨铸铁的性能,采用陶瓷结合剂PCBN铣刀片(T-PCBN)和金属结合剂PCBN铣刀片(J-PCBN)进行铁素体球墨铸铁(QT450-10)铣削试验,对比研究两种铣刀片的铣削力、振动、磨损机理和使用寿命。结果表明:相同切削参数下,T-PCBN刀片的铣削力和振动小于J-PCBN铣刀片;两种刀片均存在黏结、扩散、氧化以及磨粒磨损,T-PCBN铣刀片主要的失效形式是崩刃,J-PCBN铣刀片的失效形式为磨损,直至达到磨钝标准;J-PCBN铣刀片的服役寿命远高于T-PCBN铣刀片。

涂层PcBN刀片切削球墨铸铁的试验研究

采用多种涂层PcBN刀片对球墨铸铁QT500-7进行车削试验,研究未涂层及不同涂层材质PcBN刀片的加工寿命、磨损形态及机理和涂层防护机理。试验结果表明:1)在相同切削条件下,涂层后的PcBN刀片的加工寿命明显提高;2)涂覆CVDα-Al_(2)O_(3)涂层PcBN刀片加工寿命最长,其次是涂覆PVD TiAlSiN涂层PcBN刀片,最后是涂覆PVD TiAlN涂层PcBN刀片;3)PcBN刀片磨损形态主要是前刀面磨损、后刀面磨损、微崩刃和破损,其磨损机理不仅有机械磨损,还有粘结磨损、扩散磨损及氧化磨损,这些磨损机理是同时发生的,并且相互影响;4)涂层作为化学和热屏障,在PcBN刀片与工件间能够形成“隔离层”,减少刀片与工件间的机械磨损、扩散磨损和粘结磨损,并有效阻碍了氧化磨损,进而避免刀片过早出现微崩刃或破损,提高其加工寿命。

碳纳米管对混合粒径PcBN复合材料性能的影响

为提高高温高压制备的聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料的性能,以颗粒尺寸分别为0~0.5μm和0.5~1.0μm的混合粒径立方氮化硼(cBN)为原材料,Al-Ti-Al_(2)O_(3)为结合剂,加入不同质量分数的碳纳米管,在高温高压条件下烧结制备PcBN复合材料,研究碳纳米管质量分数对PcBN复合材料结构和性能的影响。结果表明:添加碳纳米管后,PcBN和碳纳米管间没有发生化学反应,碳纳米管以增强体的形式存在于复合材料内部;复合材料较致密,碳纳米管的添加使PcBN的相对密度先增大后减小。当碳纳米管添加质量分数为1.5%时,PcBN的相对密度有最大值97.9%,同时PcBN有最大的显微硬度和断裂韧性,分别为3892 HV和6.82 MPa·m^(1/2);当碳纳米管的添加质量分数为1.0%时,PcBN有最大的抗弯强度和磨耗比,分别为584 MPa和6873。碳纳米管拔出和桥连作用提高了PcBN复合材料的力学性能。

Φ55mm双面PcBN复合片合成及性能研究

采用三层结构硬质合金PcBN复合片制备技术,在六面顶压机上合成出直径Φ55 mm双面PcBN复合片,经性能测试,磨耗比达5300,维氏硬度达5505 HV,PcBN层抗弯强度达900 MPa,具有优异的力学性能;经切削试验,在切削W18Gr4V淬硬钢时,样品刀具的切削寿命略优于国外同类产品。

Ti_(3)AlC_(2)对PcBN材料显微结构及性能的影响

以不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)为结合剂,在5.5 GPa、1450℃的条件下,制备整体式PcBN复合刀具材料,分析不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)对PcBN刀具材料的物相、显微结构及力学性能的影响。结果表明:Ti_(3)AlC_(2)在高温高压下会完全分解成TiC、Al-Ti合金,并与cBN反应生成AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)等物相;TiC、AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)均匀分布在cBN周围并与cBN紧密黏结在一起,从而提升PcBN的力学性能。当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为25%时,PcBN的相对密度、抗弯强度、断裂韧性和磨耗比均达到最大值,分别为98.9%、592 MPa、6.87 MPa·m^(1/2)和7350;当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为20%时,PcBN的显微硬度达到最大值4786.7 HV。

高速切削高碳当量合金灰铸铁制动盘的PCBN刀具磨损分析与工艺改进

采用PCBN刀具对高碳当量合金灰铸铁进行高速切削实验,通过IM3000光学显微镜、LSM7003D测量激光显微镜、S-4800Ⅱ场发射扫描电镜对产生崩裂破损的刀具进行观察与分析。结果表明:高速切削后PCBN刀具表面同时存在磨粒磨损、黏结磨损和氧化磨损三种磨损形式;高速切削加工含有过多高塑、韧性游离铁素体的制动盘时,刀具前、后刀面黏结物均有增多,导致刀具表面出现严重的黏结磨损,并且伴有大面积切削刃崩刃;恶化的切削条件使得刀具表面过早出现磨损与裂纹,从而在切削时引起刀具振动,最终导致PCBN刀具崩裂破损。为了改善切削加工条件,通过改进刹车盘的铸造工艺减少铁素体数量,改进后的制动盘铸态组织以珠光体为主,有效减少了刀具的崩刃概率,提高了生产效率。

PCBN刀具以车代磨加工20CrMnTi合金钢试验研究

采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具,以车代磨对20CrMnTi合金钢进行精密切削加工。分析了切削过程中PCBN刀具的磨损形式和磨损机理,研究了不同切削参数对刀具寿命与工件表面粗糙度的影响。结果表明,切削过程中刀具发生了扩散、崩刃以及氧化磨损;在硬态切削三要素中,切削进给量和切削速度对刀具磨损量影响较大,切削进给量对工件表面粗糙度影响较大。

PCBN刀具崩刃失效机理及改进研究

针对PCBN刀具实际应用中的崩刃情况,通过切削实验并结合多年实践经验,提出了控制切削力和刀尖受力极限以解决崩刃现象。分析了刀片参数和切削参数对切削力和刀尖受力极限的影响因素及变化关系,提出合理的刀片参数具有增强刀尖受力极限和增加切削力的作用,在实际应用中,通过降低切削力和调整参数确保刀尖受力极限超过切削力。研究切削参数对切削温度影响时发现,提高切削温度可软化金属,大幅降低切削力,PCBN刀具更适合高速切削。

温度对汽车零部件切削加工用PCBN复合材料结构与性能的影响研究

以TiN作为主要结合剂,加入一定量的Al粉和Ti粉,研究了烧结温度(1300~1600℃)对TiN⁃Al⁃Ti结合立方氮化硼(CBN)烧结合成聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料的组成、显微结构以及力学性能的影响。结果表明,PCBN试样的物相主要为BN、TiB_(2)、TiN、AlN,烧结过程中Ti与CBN反应生成TiN和TiB_(2)相;PCBN的相对密度、抗弯强度以及硬度随着烧结温度升高总体上呈上升趋势。1500℃烧结时,可以得到综合性能好的复合材料,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和显微硬度分别为99.1%、807.8 MPa、6.2 MPa·m^(1/2)和3233HV。

不同粘结剂组分PcBN复合片微观组织和相分析

为阐明不同粘结剂组分对PcBN复合片微观组织和相态的影响及其作用机理,通过将立方氮化硼(cBN)与不同组分的TiC、Al、Co等进行共混并球磨细化,在高温(1450℃)、高压(5 GPa、5.5 GPa、6 GPa)下烧结制备了聚晶立方氮化硼(PcBN)复合片。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等对不同质量分数的cBN-TiC-Al-Co烧结体的微观组织、各组分元素的分布及物相构成进行了分析表征。研究结果表明:cBN与Al在高温高压下反应生成了AlN、AlB2、AlB12等新物相,与Ti、Co在高温高压下反应成了TiN、TiB2、CoN、Co2B等新物相。

高温合金加工用PcBN复合片的研制

为研究PcBN刀具在高温合金加工中的应用,通过优化黏结剂成分与cBN微粉的配比,利用国产一米压机,在高温高压的条件下烧结出了大直径的PcBN复合片。超声波扫描检测分析,烧结产品基本无分层、裂纹等缺陷。在同等的加工条件下,从车削高温合金的对比检测数据中,分析得出样品的PcBN刀具寿命已经达到国外竞品的水平。

烧结压力对整体PCBN刀具微结构与性能的影响及作用机理

将粒度尺寸5μm的CBN微粉与黏结剂Al的混合粉末在国产六面顶压机上高压烧结制备整体PCBN材料,通过对样品磨耗比、显微硬度的测试与分析获得了较优的烧结工艺参数:烧结压力5.4GPa、烧结温度1500℃和烧结时间240s。测得样品的显微硬度为3897HV5(加载时间15s),磨耗比为8750。SEM、TEM观察和XRD衍射分析表明:提高烧结压力可使CBN颗粒产生一定的塑性流动,抑制烧结过程中CBN颗粒表面逆转成hBN;黏结剂Al可与CBN颗粒表面反应形成中间产物AlN和AlB2,在CBN颗粒之间形成牢固的陶瓷中介结合,并消除CBN烧结过程中残余的hBN,从而提高整体PCBN刀具的性能。

PCD和PCBN超硬刀具应用与研究现状浅析

随着集成制造系统的不断发展,切削作业速度的加快,生产线对刀具提出了更高更多要求,切削刀具也逐渐朝向高效化、超精密化等发展,超硬切削刀具的发展已经成为必然。当前,作为超硬的切削刀具,PCD和PCBN这两种刀具可以加工得到与常规切削刀具相比而言其能够使切削加工零件尺寸精度提高,实现精密加工甚至是超精密加工,本文对这两种刀具及其应用、研究现状以及发展趋势进行简要的介绍和分析。

PCBN刀具切削高温合金锯齿形切屑形成机理

高温合金被广泛的应用于航空航天工业中,它是一种典型的难加工材料,切削过程刀具磨损严重。PCBN刀具作为一种超硬刀具材料在加工高温合金方面具有较大潜能,但由于PCBN刀具没有断屑槽,故断屑困难。因此研究切削参数以及刀具磨损对切屑形成的影响规律对推进PCBN刀具的应用具有重要的意义。通过试验研究切削参数和刀具磨损对切削力、切屑宏观状态和切屑微观参数(切屑剪切角、切屑厚度、齿高和齿间角)的影响规律。试验结果表明:当切削速度为97 m/min,切削深度为0.1 mm,进给量为0.14 mm/r时,切屑的宏观状态最佳。并根据试验结果,确定了绝热剪切带的位置和两个切屑锯齿形成的关系,进而建立了PCBN刀具切削高温合金GH4169的锯齿形切屑的形成机理模型:当刀具运动到某一点开始出现绝热剪切带,继续运动到下一点,形成一个锯齿,继续运动将出现下一个剪切失稳。

高压冷却下PCBN刀具切削高温合金切屑卷曲折断机理及试验研究

高温合金广泛应用于航空航天领域,是一种典型的难加工材料,切削过程中切屑缠绕工件及刀具、不易折断,从而降低刀具寿命和已加工表面质量。PCBN是超硬刀具材料,加工高温合金等高温高强度钢性能优异,但由于刀具材料特性通常采用平前刀面,因此切削过程中断屑比较困难。高压冷却是金属高效切削加工中一种新型加工技术,可以有效改善断屑性能、提升断屑能力、提高刀具寿命和加工表面质量。目前对高压冷却断屑机理研究较少,且高压冷却切削仿真不易实现,为充分研究高压冷却下高温合金切削加工中的切屑折断机理,通过建立切屑卷曲半径预测模型和断屑模型,进行高压冷却下切屑折断机理研究,主要通过在高压冷却下,对PCBN刀具切削镍基高温合金进行试验研究,研究不同冷却液压力下切屑卷曲半径变化规律,对理论分析结果进行验证。研究结果表明:在高压冷却加工中由于高压冷却液的存在,切屑受到附加冷却液压力影响,使弯矩发生变化,造成切屑卷曲半径减小,最终导致切屑应变增大、切屑易于折断;且由于卷曲半径的改变使极限进给量和极限背吃刀量降低,使高压冷却加工改善断屑性能的效果非常明显。上述研究成果为实现高温合金高压冷却条件下的切削加工奠定了理论基础。

PCBN刀具切削淬硬钢GCr15的磨损实验研究

以PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15为实验对象,对干湿切削条件下的刀具磨损形式、磨损原因及刀具寿命进行了对比实验研究。实验结果表明:干湿切削磨损形式相似,但干切削时前刀面磨损面积较大;磨损机理主要为摩擦磨损、粘结剂磨损、扩散磨损和氧化磨损;湿切削比干切削的正常磨损时间稍长一些。

PCBN刀具的发展性能及应用

从材料性能角度介绍PCBN刀具的特点及应用领域 。

PCBN刀具的磨损机理和干切削GCr15时的磨损与寿命

研究了PCBN刀具的磨损机理和磨损形式。通过对干切削GCr15轴承钢时刀具的磨损形式及寿命进行试验研究 ,得出了工件硬度、切削速度对PCBN刀具磨损的影响规律以及工件硬度在临界硬度附近时刀具磨损速度最快的结论。加工两种硬度工件时的刀具寿命方程表明 ,切削速度对PCBN刀具寿命的影响小于对硬质合金及陶瓷刀具寿命的影响。

PCBN刀具切削GH706磨损特征研究

本文中采用PCBN刀具对镍基高温合金GH706车削试验研究刀具磨损并对比刀具材料.首先观察PCBN刀具的磨损形貌,根据其位置、形态等特点进行分类,分别为主切削刃边缘崩刃、主切削刃微崩刃及后刀面磨损、主副切削刃交界后刀面磨损、副切削刃微崩刃及副后刀面磨损等,从而将PCBN刀具磨损形式进行全新的定义,并根据刀具、工件属性以及切削过程刀-屑-工件相互作用特点,分析了不同类型磨损形成的原因.然后研究刀具磨损形貌随切削进程的变化规律,揭示了PCBN刀具切削GH706的失效历程.最后对比了5种不同PCBN材料的刀具的前、后刀面磨损状态,得到了CBN含量、结合剂种类对刀具磨损的影响规律,为高效切削镍基高温合金用PCBN刀具设计及应用提供技术指导.