WC-Ni3Al硬质合金切削奥氏体不锈钢的切削力及磨损研究

采用正交试验法对WC-Ni3Al硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢过程中的切削力及磨损性能进行研究,并对切削深度、进给量以及切削速度对切削力的影响进行分析。利用指数回归分析建立主切削力的经验公式,结合切削用量显著性分析对主切削力进行了对比分析。试验表明:切削深度对切削力的影响最大;与WC-Co硬质合金相比,WC-Ni3Al硬质合金刀具的切削力以及后刀面磨损均优于WC-Co刀具。

微波加热快速烧结WC-Ni_(3)Al-B硬质合金的组织与性能

本研究采用微波烧结技术制备了不同Ni_(3)_Al含量的硼掺杂WC-Ni_(3)_Al硬质合金材料,研究了烧结工艺和Ni_(3)_Al含量对力学性能和微观组织的影响。研究表明,使用微波烧结可以在较短的时间内制备出性能优异的WC-Ni_(3)_Al-B合金。随烧结温度升高,合金的相对密度和弯曲强度先升后降。Ni_(3)_Al含量的增加可以降低合金的烧结温度,随Ni_(3)_Al含量增加其弯曲强度和断裂韧性升高,硬度下降。当Ni_(3)_Al含量为10%、在1450℃、烧结15min时,合金具有较高的综合力学性能。

WC-Ni基硬质合金的光固化增材制造

采用光固化增材制造(3D打印)技术制备WC-Ni基硬质合金,研究了浆料配比和增材制造工艺参数对浆料流变性能和固化性能的影响以及WC-Ni基硬质合金的性能。结果表明:当浆料固含量为40%(体积分数)、分散剂为ZN-1344且加入量为粉体质量的2%时,WC-Ni浆料的流变性能满足增材制造工艺需求,当剪切速率为100 s^(-1)时,浆料黏度为2.718 Pa·s;该浆料的最大单层固化厚度可达144μm,对应工艺参数为0.01 mm线间距、90%激光功率和2 000 mm/s扫描速度;采用响应曲面法拟合数据获得的浆料单层固化厚度计算模型,计算值与实际值误差为3.4%,可起理论预测作用;光固化增材制造WC-15%Ni硬质合金的密度和相对密度最高,分别为13.51 g/cm^(3)和96.5%,加入1%晶粒长大抑制剂Cr_(3)C_(2)后,硬质合金维氏硬度显著提高,达到945 HV_(30),接近同等Ni含量但不含有Cr_(3)C_(2)的传统硬质合金硬度。

超细晶WC-Ni_3Al硬质合金的显微组织与性能研究

采用高能球磨及低压烧结方法,制备了超细晶WC-Ni_3Al硬质合金。通过X射线衍射、扫描电镜、力学性能及腐蚀性能测试,研究了Ni_3Al含量对超细晶WC-Ni_3Al的硬质合金的组织与性能影响。结果表明:随Ni_3Al含量的增加,合金的硬度和抗压缩强度逐渐下降,合金的断裂韧性明显增加,而其抗腐蚀性能则明显下降。

添加LaB_6对超细晶WC-Ni_3Al合金的组织与力学性能影响

通过球磨与低压烧结方法,制备超细晶WC-Ni3Al硬质合金。采用X线衍射、扫描电镜及力学性能测试方法,研究La B6掺杂对超细晶WC-Ni3Al合金的组织与力学性影响。研究结果表明:添加适量La B6可以提高烧结体的致密度和断裂韧性,减少WC颗粒的反常长大,抑制基体合金中的脱碳相Ni3W9C4的生成,但当加入过量的La B6后合金中出现另一种脱碳相Ni2W4C。在1 500℃烧结后,添加质量分数为0.096 7%La B6到WC-Ni3Al硬质合金中,合金的断裂韧性从13.1 MPa·m1/2提高到15.6 MPa·m1/2,而抗压缩强度达到3 500 MPa。

WC-Ni3Al硬质合金的现状及其刀具前景展望

目前,切削钛合金所用的刀具材料普遍是WC-Co硬质合金。在切削过程中,粘结相Co容易向工件扩散,出现粘刀现象,从而缩短刀具的使用寿命。为了解决此问题,众多的研究者试图通过添加其他粘结剂替代传统Co类粘结剂来制备硬质合金刀具材料。有研究表明,Ni3Al因其具有良好的抗氧化性、轻比重和低成本等特点,并且在高温下其屈服强度随温度的上升而提高成为研究热点。本文介绍了Ni3Al作为粘结剂对WC基硬质合金材料的影响,发现Ni3Al质量分数为10%时,其力学性能较好。通过对比WC-10%Ni3Al硬质合金与WC-8%Co硬质合金,发现WC-10%Ni3Al硬质合金具有更加优异的切削性、耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性等性能,展现了其作为刀具材料的巨大潜力。提出了WC-10%Ni3Al硬质合金刀具代替传统硬质合金刀具作为切削加工刀具使用的可能,并分析了该刀具存在的不足之处及对应的解决方法。

TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为

采用高温化学气相沉积(HT-CVD)和中温化学气相沉积(MT-CVD)相结合的复合化学气相沉积新技术在硬质合金基体WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co上分别沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层,制备TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金。通过氧化实验,X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等手段研究TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为。结果表明,涂层后硬质合金的抗氧化性能明显提高,Al2O3的加入能进一步提高CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能,并使涂层硬质合金表现出独特的氧化行为。Al2O3涂层的抗氧化机理为Al2O3具有良好的高温化学稳定性,能起到很好的隔热和阻碍氧扩散的作用。

原位合成TiC/Cr19Al3钢结硬质合金组织与性能

以钛铁粉、铬铁粉、铁粉、胶体石墨等为原料,原位反应合成了TiC/Cr19Al3钢结硬质合金,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和洛氏硬度计等对所制备的试样进行了组织结构分析。结果表明,所反应合成的钢结硬质合金主要相组成为TiC+Fe-Cr固溶体,合成的硬质相TiC颗粒细小,随烧结温度升高TiC颗粒略有长大。当加入一定量的钼与硼后,钢结硬质合金致密度和硬度提高,TiC颗粒尺寸减小,分布更均匀。

WC-10wt.%Ni3Al硬质合金刀具与0Cr18Ni9不锈钢的元素扩散研究

采用扫描电镜(SEM)/能谱分析仪(EDS)分析,进行了WC-8wt.%Co和新型无钴硬质合金刀具WC-10wt.%Ni3Al与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢元素扩散的研究,用维氏硬度测量仪测量了扩散界面处的硬度,并对刀具的元素扩散机理进行了分析。结果表明:WC-8wt.%Co中的粘结剂元素Co会扩散到0Cr18Ni9中,而WC-10wt.%Ni3Al中的粘结剂组成元素Ni几乎不发生扩散;粘结剂元素Ni会降低硬质合金基体元素W、C向0Cr18Ni9的扩散,扩散温度在400℃时影响较小,当温度达到800℃时,材料WC-10wt.%Ni3Al中的W、C元素向0Cr18Ni9的扩散程度明显比WC-8wt.%Co材料低;WC-10wt.%Ni3Al刀具材料在靠近扩散结合面附近的硬度损失率比WC-8wt.%Co小。

硬质合金刀具车削Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢的试验研究

使用硬质合金刀具YW2进行Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢的干车削试验。分析了切削速度对车削力及表面粗糙度的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌。研究结果表明:使用硬质合金刀具YW2干车削Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢时,在小进给量和小背吃刀量切削的条件下,车削三向力的大小顺序为:径向力>轴向力>切向力;受积屑瘤的影响,表面粗糙度呈现出随车削速度的变化先减小后增大的变化趋势;硬质合金刀具后刀面磨损较轻微,而沿刀尖周围出现了较严重的粘结现象,前刀面上出现了较严重的划痕现象,低速时,前刀面还出现了贝壳状的剥落现象。

硬质合金刀具Al_2O_3涂层摩擦磨损性能研究

对硬质合金刀具进行等离子体化学气相沉积氧化铝涂层处理,并将其与未涂层刀具试样在干摩擦条件下进行滑动摩擦试验,比较其摩擦磨损性能并分析磨损机制。结果表明,等离子体化学气相沉积氧化铝涂层能使刀具获得高硬涂层,平均硬度比未涂层刀具提高30.1%,能有效降低刀具表面摩擦因数,明显提高硬质合金刀具的耐磨性能。

Ni+Al元素粉末法制备WC-Ni3Al-B复合材料(英文)

为发展WC-Ni3Al-B复合材料的液相烧结制备技术,研究由羰基Ni粉、分析纯Al粉和粗WC粉的混合粉末反应合成制备的WC+Ni3Al预合金粉末。采用DSC和XRD分别研究3Ni+Al和70%WC+(3Ni+Al)混合粉末在550～1200°C和25～1400°C温度范围的相变过程。结果表明:Ni3Al相的形成取决于反应温度。在200～660°C热处理温度范围内,除了WC相外,还存在Ni2Al3、NiAl和Ni3Al相;而在660～1100°C温度范围内,仅存在NiAl和Ni3Al相;在1100～1200°C温度范围可以获得均匀的WC+Ni3Al预合金粉末混合物。采用该预合金粉末制备的WC-30%(Ni3Al-B)复合材料具有很高的致密度,且WC晶粒呈圆形。与普通商用YGR45(WC-30%(Co-Ni-Cr))相比,WC-30%(Ni3Al-B)复合材料具有更高的硬度(9.7GPa),低的抗弯强度(1800MPa)和相近的断裂韧性(18MPa.m1/2)。

粉末冶金法制备WC-Ni_3Al复合材料的组织与性能

在WC粉末中直接添加Ni、Al元素粉末,通过在液相烧结过程中反应合成Ni3Al来制备WC-Ni3Al复合材料,对该材料进行组织结构观察及力学性能测定,分析铝含量对合金致密化和镍铝相形成种类的影响,并对材料的抗氧化性能进行测试。结果表明,制备的WC-Ni3Al复合材料具有圆钝的WC晶粒形貌,粘结相中除Ni3Al相外还有少量的NiAl和Ni相;铝含量对WC-Ni3Al材料致密度的影响主要与高熔点的NiAl的形成量有关。与普通WC-15Ni硬质合金的抗弯强度(1 900 MPa)和硬度(82.6 HRA)相比,WC-15Ni3Al复合材料具有低的室温抗弯强度和高的硬度,分别为1 170 MPa和86.5 HRA。随Ni3Al含量(质量分数)从15%增加到30%,WC-30Ni3Al复合材料的室温抗弯强度增加,而硬度降低,分别为1 660 MPa和81.7 HRA,其高温抗氧化性能比WC-30(Co-Ni-Cr)硬质合金提高1个数量级。

Al_2O_3涂层硬质合金刀片应用

刀具材料的改进是推动金属切削发展的最有力措施之一。世界各国都十分重视刀具新材料的研究和应用。我厂某产品工件较大,用YW3硬质合金刀片车削时,由于刀片不耐磨,工人车一件产品需磨一次刀,而且工件加工表面粗糙度差,因此,我们用国产的Al_2O_3涂层硬质合金刀片代替YW3硬质合金刀片进行车削,取得了较好效果。

TCH600氧氮氢仪测定WC-Ni_3Al中氧量

应用美国LECO公司TCH600氧氮氢分析仪对WC-Ni_3Al中氧的测定条件进行试验和研究。试验结果表明,选择石墨套坩埚、分析功率4.0 k W、分析积分时间40 s为最佳测定条件。在优化条件下建立氧校正曲线,线性好,相关系数大于0.9990。测定氧含量为0.15%的样品,相对标准偏差(RSD,n=11)为1.9%,完全满足生产和科研的需要。

高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具磨损试验研究

针对切削加工Ti-10V-2Fe-3Al钛合金时刀具磨损迅速、加工效率低的问题,开展硬质合金刀具高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具寿命试验,以研究刀具的磨损机理,分析刀面磨损的发展以及对切削力的影响。利用扫描电子显微镜观察了后刀面磨损区域的微观形貌并对元素成分进行了能谱分析。实验结果表明:高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al时硬质合金刀具的磨损形式为后刀面带状磨损与局部崩刃,伴有明显的切屑黏附与热裂纹;磨损区域有工件材料的元素向硬质合金内扩散的迹象出现;切屑流的黏附与撕扯导致硬质合金的颗粒脱落,切削刃逐步退化为洼形区域,其与后刀面交界的棱边代替原切削刃进行切削直至剥落。

添加剂对WC-Ni硬质合金组织结构与力学性能的影响

研究了添加TaC、Cr3C2和Mo对WC-Ni硬质合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:经1 470℃/1h真空烧结所得WC-10Ni硬质合金的致密度约为99.39%,横向断裂强度为1 819 MPa,硬度为HRA85;适量添加Cr3C2、Mo和TaC硬质相的WC-Ni基合金,其晶粒组织明显细化,平均晶粒粒径为1.03～1.31μm,且强度和硬度均显著提高,横向断裂强度可达2 000MPa以上,硬度可达HRA90以上。

高速切削速度对硬质合金切削沟痕宽度和切削力的影响

为了能够更加深入分析加工难度大的材料特性,利用分子动力学方法来分析了高速切削深度对Ni3Al硬质合金切削参数影响。研究结果表明:在刀具的前部与下部形成了更多的工件晶格变形区,而经过加工后的表面形成了更少能够实现保持弹性恢复的工件原子。所有切削速度下都形成了正的沟痕前后宽度差,切削沟痕的前端具有比后端更大的宽度,表现为"前宽后窄"的变化趋势。随速度的提高,经硬度测试发现工件发生应变过程引起的硬化程度更显著,从而获得更强的抵抗变形的性能。

硬质合金粘结相研究进展

综述了近年来国内外关于硬质合金粘结相的研究进展,分析了Ni粘结相、金属间化合物粘结相及高熵合金粘结相替代Co粘结相的可能性,并展望了硬质合金粘结相的发展前景和今后研究开发的重点。

新型陶瓷涂层硬质合金刀具的涂层机理和切削性能

以异丙醇铝为前驱物，将溶胶－凝胶工艺应用于硬质合金刀片涂层，研制成功一种新型的陶瓷涂层刀片，从而为涂层刀具制造展示了一种全新的涂层方法。使用浸渍提拉法对刀具基体进行涂层，然后经凝胶、干燥和1200 ℃热处理后可以得到厚度适宜的α—A12O3涂层，涂层完整，无宏观缺陷，并且在初步的切削试验中显示出一定效果。涂层在1140 ℃左右转化成α—A12O3，在1200 ℃烧结致密，而在1250 ℃以上涂层发生明显收缩，晶粒明显长大，最终的涂层为多晶体结构，涂层界面未生成弱化相，硬质合金中的部分钴元素扩散到涂层中，有助于提高涂层和基体间的粘结强度。切削试验的结果表明，所得涂层能有效地阻止前刀面上的粘结磨损，从而提高了刀具的使用寿命。