高温渗碳对硬质合金涂层刀具高温力学性能及干式切削性能的影响

目的 探究硬质合金基体渗碳处理对涂层刀具高温元素扩散、高温力学性能和切削性能的影响。方法通过高温渗碳和PVD方法制备了渗碳涂层刀具。采用SEM观察渗碳前后基体的表面形貌。采用维氏硬度计表征渗碳硬质合金基体截面的硬度分布。采用EDS对基体截面进行成分分析。采用XRD对涂层进行物相分析。利用纳米压痕仪对涂层高温退火硬度、弹性模量进行了表征。选用SKD-11冷作模具钢进行了干式切削实验。结果 经过渗碳处理后,硬质合金车刀基体形成了表面层贫Co、近表面层富Co的梯度结构,在距基体表面0-900μm的深度范围内,基体硬度呈现梯度变化。高温下,在均质硬质合金基体上沉积的涂层中检测到Co元素,而渗碳硬质合金基体的涂层中未检测到明显的Co元素。在沉积态、800℃真空退火和1100℃真空退火3种条件下,渗碳涂层车刀的硬度(分别为33、32、22.5 GPa)均高于均质硬质合金涂层车刀(分别为31、30、18.5 GPa)。均质硬质合金裸刀的车削长度为-80 m时达到磨钝标准,渗碳涂层车刀的车削长度为-1100m时达到磨钝标准。结论 渗碳处理显著抑制了硬质合金基体中的Co在高温下向涂层内部扩散,增强了涂层高温稳定性,使得涂层在高温下仍能维持较高的力学性能,同时显著改善了涂层刀具的干式车削寿命。