车削钢用的UE系列涂层刀片材料

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机械零件绝大多数是由碳素钢及合金结构钢制成。车削此类材料时，多形成带状切屑。为从毛坯上切除切屑，刀片需承受巨大的负荷，被切除的切屑从刀片前刀面快速滑出，它在与刀片的相对运动中产生剧烈摩擦而形成高温，故刀片材料不但要耐磨，而且要耐高温，在高温下保持硬度。所以切削此类材料应选用含tic+tac比例较多的p类硬质合金。当今为提高切削效率和切削速度，进给速度愈来愈高，p类硬质合金刀片已不能胜任。在上世纪中叶，人们开发了在p类硬质刀片上再沉积一层高硬度的膜，称之为涂层(coating)。涂层厚度仅约为刀片厚度的0.2%，可以大大提高刀片寿命，且能适应更高的切削速度。这几十年来涂层技术也在不断发展，如由单层发展到多层甚至纳米多层；涂层厚度也由几μm增至十几μm甚至更多，涂层材料的种类、性能及沉积技术也越来越先进。作为基体材料的硬质合金也由单一各向同性发展到适应加工要求的具有梯度性能结构等。针对这些工件材料的切削加工要求，三菱公司经多年研发，成功推出了新的ue系列涂层刀片材料。

ue6020的微结构

图3ue系列刀具材料微结构

三菱公司ue系列涂层材料正是为良好地抵抗以上这些主要刀具损伤、保证高效长寿命加工而开发出来的。ue系列这四种涂层均用cvd(化学气相沉积法)制成，该工艺的膜层可制得较厚，更耐磨、耐高温，可适应高速大进给、大切深切削。ue系列4种涂层以ue6010、ue6020应用最广，最具通用性和典型性。图3为ue6010和ue6020组织结构图片。由图1可知，在45度线上，作为第一推荐是ue6010，因为它既有相当高的硬度很耐磨又有相当的韧性可适应一定的断续切削与冲击，它的基体硬质合金是倾斜结构，即各层性能功能是不同的，与涂层结合的最上层韧性大，保证涂层能牢固地与它结合，耐缺损和破损，基体硬质合金芯部则做得坚硬，抗变形能力强。涂层共分三层，与基体结合的最内层是ti纤维柱状结晶，次层硬度高也有相当的韧性，能很好地抵抗前后刀面磨损。中间一层是微细晶粒的al2o3，硬度可达hy2100，其生成自由能值达－100kcal/g.atom，此值代表化学稳定性，值越小，化学稳定性和耐热性越好。有此涂层后，在高速切削时不易产生刀具与工件材料分子互相扩散，致使带状切屑的流动在前刀面造成的月牙洼磨损，此涂层在高温条件下对铁的熔解度几乎为零，使铁屑不易熔结在它表面，从而也避免因此造成的各种损伤。它是由独特的平滑涂层技术(evencoatingtechnology)涂覆的，表面特别光滑，在此基础上表面再涂上一层特殊钛化合物，此涂层保持平滑，使摩擦系数降低，进一步减少铁屑的粘结、熔结。由于它是金黄色，较易发现可能产生的微小损伤。在推荐选用ue6010时，还特别推荐了适合切削条件广泛的mv断屑槽，这二者的结合更增加其通用性。ue6020的各层结构、性能特性及基体硬质合金的结构特性与ue6010大致相同，但其膜层较薄(图3)，硬度比ue6010低，耐磨性较差，适应的切削速度也较低，但在推荐的切削速度范围(图1)下仍可保持相当高的耐磨性。它的抗弯强度、韧性及耐冲击力则高于ue6010，适合不稳定切削范围内的切削。在冲击载荷作用下，薄膜可能裂伤失效，膜层可靠性下降，而厚膜更耐冲击，可靠性高。针对ue6010和ue6020的使用条件，如为连续切削，切削条件稳定，则可进一步选用硬度更高、更耐磨的ue6005，此时冲击载荷很小甚至没有，就可按推荐的更高切削速度实现更高效的切削。相反，若为断续切削，冲击载荷更大时，则可选用比ue6020韧性更高、抗弯强度更大的ue6035，在推荐的切削速度下加工，虽然速度下降了(图1)，但避免了刀具缺损和破损，使刀具使用寿命延长，避免了频繁更换刀片，缩短了辅助时间，同样可以提高切削效率。