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鄭州華晶金剛石股份有限公司

新型氮化碳涂層超硬刀具材料

關鍵詞 新型氮化碳涂層超硬刀具材料|2009-08-08 00:00:00|來源 中國超硬材料網
摘要 過去,超硬刀具材料只有金剛石和立方氮化硼兩種。人類從使用天然金剛石開始,到20世紀中葉研制出了人造的金剛石和立方氮化硼。人造的超硬材料后來出現了不同的制造方法和類別,而且在不同的工...

  

過去,超硬刀具材料只有金剛石立方氮化硼兩種。人類從使用天然金剛石開始,到20世紀中葉研制出了人造的金剛石和立方氮化硼。人造的超硬材料后來出現了不同的制造方法和類別,而且在不同的工業生產和科技領域中得到了廣泛的應用。

近 年,一種新型超硬刀具材料——氮化碳(CxNy)涂層得到了發展。美國物理學家A.M.Lin和M.L.Cohen用分子工程理論設計出了新型超硬無機化 合物氮化碳。根據體彈模量的計算,它可能達到甚至超過金剛石的硬度,從而引起科技界和材料科學家的重視,A.M.Lin于1994年公布了新的研究成果, 采用可變晶格模型分子動力學(VCS-MD)從頭計算法,擴展了CxNy的理論研究, CxNy可能具有三種結構:六方晶系的b相,立方晶系的閃鋅礦結構和三角晶系的類石墨相。A.M.Lin和M.L.Cohen分別計算了CxNy的晶體結 構,至少有7種不同空間群結構的CxNy,取得了不同結構和空間群的密度、晶格常數、體彈模量和能量的計算值。它們雖具有相近的能量值,但其他性能的數值 差別較大。武漢大學王仁卉也對7種結構的CxNy粉末衍射譜進行過計算。

武漢大學物理系能用的反應磁控濺射法在不同的刀具上沉積CxNy薄膜,它是一種超硬材料,具有高硬度、高耐磨、低摩擦和強導熱等性質,這些性質和金剛石十分相似。它的化學穩定性也好,可以對鐵基材料進行切削加工,故有廣闊的應用前景。

本文主要用武漢大學物理系提供的CxNy涂層高速鋼麻花鉆和CxNy涂層硬質合金刀片進行了切削試驗,探討了它的切削性能;對CxNy涂層薄膜的機械性能也進行了一定的介紹。

1 氮化碳薄膜的力學性能

在不同的基體材料上沉積CxNy薄膜,其表面顯微硬度測試值列于表1。表1除6號試樣為硬質合金基體外,其余1~5號試樣的基體均為M2高速鋼。
表1 CxNy涂層薄膜顯微硬度測試值表
試樣號 硬度
(GPa)
平均硬度
(GPa)
試樣號 硬度
(GPa)
平均硬度
(GPa)
1 49.43 41.20 4 42.12 40.94
36.36 39.48
37.85 41.21
2 34.88 45.18 5 46.08 40.01
43.06 43.06
54.50 32.25
44.04 38.66
49.43 /
3 40.33 39.77 6 82.56 72.04
38.65 51.88
40.33 71.19

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

切削用量:進給量f=0.13mm/r,轉速n=530r/min,切削速度v≈10m/min;干切;每鉆一個孔,約用10秒。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

鉆頭左、右二刃的后刀面磨損量均測量、記錄,畫成刀具磨損曲線,列于圖2。因鉆頭兩個頂面(即主后刀面)刃磨比較對稱,故左、右后刀面磨損量很接近。圖2中分別畫出左、右切削刃的磨損曲線。在圖2的橫坐標上同時標明了鉆孔數和切削時間。

圖1 涂CxNy薄膜的麻花鉆

圖2 CxNy涂層與未涂層的麻花鉆對比磨損曲線

圖3 兩種涂層麻花鉆與未涂層的麻花鉆對比磨損曲線

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

由圖1可見在后刀面磨損量相同情況下,CxNy涂層鉆頭的切削時間約為未涂層鉆頭的10倍,故涂層后鉆頭耐磨性的提高十分顯著。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

再用直徑為Ø6mm的W6Mo5Cr4V2普通高速鋼麻花鉆,進行CxNy涂層和TiN涂層,在高強度鋼38CrNi3MoVA(HRC 36~40)上鉆孔,孔深約為10mm。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

切削用量:進給量f=0.13mm/r,轉速n=530r/min,切削速度v≈10m/min;干切;其余切削條件與前相同。每鉆一個孔,約用8秒。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

圖3為三種鉆頭的主后刀面磨損曲線,未分左、右切削刃。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

由圖3可見,在后刀面磨損量相同情況下,CxNy涂層鉆頭的切削時間約為未涂層鉆頭的10倍,TiN涂層鉆頭約為未涂層鉆頭的7倍,故CxNy涂層的耐磨性高于TiN涂層。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

刀具:CxNy復合涂層刀片(YG8基體),未涂層的YG8刀片,國產立方氮化硼(PCBN)刀片;

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

工件:T12A工具鋼,淬硬61HRC;

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

刀具幾何參數:前角g0=0°;后角a0=8°;主偏角kr=90°;刃傾角ls=-4°;刀夾圓弧半徑re=0.8mm;

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

切削用量:切削深度ap=0.5mm;進給量f=0.1mm/r;切削速度v=60m/min;三種刀具的磨損曲線如圖4所示。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

刀具:CxNy復合涂層刀片(YT14基體),未涂層的YT14刀片,國產YBo2涂層硬質合金刀片(TiN涂層);

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

工件:60Si2Mn高強度鋼,調質,40HRC;

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

刀具幾何參數:前角go=4°;后角ao=8°;主偏角kr=45°;刃傾角ls=-4°;刀夾圓弧半徑re=0.8mm;

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

切削用量:切削深度ap=1mm;進給量f=0.15mm/r;切削速度v=150m/min;

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

三種刀具的磨損曲線如圖5所示。

圖4 CxNy涂層硬質合金刀片與其他刀片的對比磨損曲線

圖5 CxNy涂層硬質合金刀片與其他硬質合金刀片的對比磨損曲線

圖6 涂CxNy薄膜的YT14硬質合金刀片

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

從圖4、圖5可以看出,YG8和YT14兩類硬質合金刀片經涂覆CxNy薄膜后,刀具壽命大為提高。但在車削淬硬鋼T12A時,CxNy涂層刀片的使用壽命低于PCBN刀片。在車削高強度中硬鋼602Mn時,CxNy涂層刀片的使用壽命略高于YBo2(TiC涂層)刀片。

由表1可見,CxNy薄膜的硬度約在40~72GPa之間。武漢大學物理系在單晶硅基體上沉積了CxNy,其硬度亦達到50GPa。還用劃痕法測量了CxNy薄膜涂層的附著力,按JB/T8365-96標準規定,也達到了標準。

2 CxNy表面涂層麻花鉆的鉆削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

3 CxNy復合表面涂層硬質合金刀片的車削試驗

  • 第一組:
  • 第二組:

4 分析與討論

  1. 在高速鋼鉆頭上進行CxNy表面涂層,其使用壽命大大提高;CxNy涂層鉆頭的壽命也顯著高于TiN涂層鉆頭。在高速鋼刀具上涂覆CxNy,其涂層技術已日趨成熟,使用效果亦日趨穩定。
  2. 對于硬質合金刀片,經過CxNy涂層,刀具壽命也能提高,但提高幅度不如高速鋼刀具那樣大。在車削淬硬鋼時,其刀具壽命尚低于PCBN刀具;在車削高強度中硬鋼時,其刀具壽命僅略高于TiN涂層硬質合金刀具,這樣就限制了CxNy涂層硬質合金刀具的應用。
  3. CxNy涂層材料的各項力學、物理性能,需作全面的測試和深入研究。CxNy涂層和硬質合金基體材料之間的匹配也有待認真研究。
  4. CxNy涂層屬超硬材料,它與鐵族元素呈惰性,故這種刀具可以加工鋼鐵材料。這是一個很大的優點,可以補充金剛石刀具的不足,從而有著廣闊的應用領域。預計經過認真的研究和探討,CxNy涂層超硬刀具有著美好的發展前景。

 

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