立方氮化硼刀片车削粉末高温合金的刀具磨损

粉末高温合金与其他的铸造和变形高温合金相同，含有许多高熔点合金元素，例如，fgh95(fg02-01)粉末高温合金就含有铬、钴、钼、铌、镍、铁、钽等。这种粉末高温合金是先将合金制成粉末，经热等静压成形，再经锻造而制成的。粉末高温合金的g相含量约为50%(体积)，组织均匀，晶粒细小，屈服强度高，抗疲劳性能好，可用于制造涡轮发动机的涡轮盘等。由于g相含量高，且弥散分布于晶粒间，使粉末高温合金得到很大的强化效应，且在相当高的温度范围内，随温度升高，其硬度反而有所提高，使切削加工性很差。车削时，若采用硬质合金刀具，则刀具磨损十分严重，为此，国内外相继研究采用新刀具材料加工粉末高温合金，与yd15和yg10ht等硬质合金刀片的切削寿命相比，立方氮化硼(cbn)刀片的切削寿命可提高很多倍。试验结果表明，cbn刀片是精车、半精车粉末高温合金的一种理想的刀具材料。

图1 复合聚晶cbn刀片(ge6000)

本课题采用了图1所示的美国通用电器公司(ge)生产的复合聚晶cbn刀片(以下简称cbn刀片)，其牌号为ge6000，其中含有96%的cbn及4%的co。cbn基底为硬质合金(wc+co)，在高温高压条件下，co从扩散源(硬质合金)基体出发，沿cbn晶界形成co网络。提高这种cbn刀片质量的关键是减小cbn层与硬质合金层之间的应力差。

图2 cbn聚晶体扫描电镜图片(×3 500)

2) 车削fgh95粉末高温合金的刀具几何参数刀具几何参数对cbn刀片的切削寿命有很大影响。刀具宜取负前角，对于精车刀具，可用0°～-10°；对于半精车刀具可超过-10°；。刀具后角可在6°～12°范围内选取。为了增强刀刃，可采用负倒棱和刀尖圆弧，负倒棱宽度br1可取0.1mm，负前角γr1可取-10°～-20°，刀尖圆弧半径γδ可取0.5～1mm。

图3 车削fgh95时采用的cbn刀具几何参数

2 车削粉末高温合金的刀具磨损特征

(a)后刀面磨损(×400) (b)刀尖塌陷(×650) (c)前刀面破碎磨损凹坑(×300)

 用cbn刀片车削粉末高温合金时，刀具磨损量很小，若在扫描电镜下观察刀具后刀面，可发现刀刃并无缺损，仅沿主刀刃和副刀刃处有一条白带，见图5(工件材料：fgh95；刀具材料：ge6000；切削用量：v=70m/min，ap=0.2mm，f=0.1mm/r；切削距离l=151m)。图中右边示出cbn刀片车削fgh95粉末高温合金时形成的带状切屑。这条白带是一层粘附物，是粘结在刀具表面上的粉末高温合金材料，呈层叠云雾状。主后刀面和副后刀面的粘附物形态示于图6(切削条件与图5相同)。从整体上看，cbn车刀车削粉末高温合金的后刀面粘附与硬质合金车削时不同，cbn车刀的粘附物较少，只有极薄的一层，而且粘附宽度很窄。图示的粘附物宽度不大于100µm；硬质合金车刀的粘附量则较大，接触区的粘结层已产生周期性局部破坏。

图5 cbn刀片车削粉末高温合金的后刀面扫描电镜图片(×200)

(a)主后刀面粘附(×700) (b)副后刀面粘附(×700)

3 cbn刀片车削粉末高温合金的刀具磨损机理

(a)刃区粘附全貌(×220) (b)刃区粘附局部放大(×700)

(a)刃区粘附全貌(×250) (b)刃区粘附局部放大(×770)

 2) cbn刀片的氧化磨损和相变磨损

(a)刀刃处全貌(×110) (b)刀刃与切屑作用区的放大形貌(×200)

 4 车削粉末高温合金时cbn与硬质合金刀具磨损的比较

图10 切削路程l与后刀面磨损量vb的关系曲线

结论