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PVD涂层硬质合金的组织性能及其刀具切削性能研究

【摘要】:TiAIN及其多元合金化的PVD涂层硬质合金是一类最重要的新型刀具材料,在切削加工中发挥着越来越重要的作用。 本文利用阴极弧蒸发沉积技术制备了TiAIN、AlTiN和TiAlSiN三种PVD涂层硬质合金及其刀具,采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪、纳米硬度计、显微硬度计、纳米划痕仪和高温氧化实验及切削实验研究了PVD涂层硬质合金的组织结构、力学性能、高温抗氧化性能及其刀具的切削性能,揭示了合金化元素A1及Si对TiAIN涂层的结构、硬度、涂层/基体结合强度和抗氧化性能的影响规律,分析了三种涂层硬质合金刀具的切削失效机理。得出以下结论: 1、PVD涂层硬质合金组织性能研究表明,A1含量的增加提高了TiAIN涂层的抗氧化性能;Si的加入进一步提高TiAIN涂层的硬度和抗氧化性能;三种涂层(TiAIN、AlTiN、TiAlSiN)与硬质合金基体的结合强度依次降低。 2、以WC-6%(W,Ti)C-6.5%(Ta,Nb)C-6%Co为基体,刀片型号为CNMG120408-DM的三种PVD涂层硬质合金刀具在切削速度为160和280m/min条件下进行车削不锈钢实验,研究表明:PVD涂层硬质合金的失效过程为:首先切削刃口处涂层发生脱落,然后涂层与基体共同磨损,在切屑的粘结作用下,涂层发生进一步剥离,最后基体在粘结磨损和氧化磨损作用下快速磨损。 3、TiAlN涂层塑性和与基体的结合强度最好,涂层具有较好抗粘结磨损性能,在高速和低速切削条件下都表现出良好的切削性能;TiAlSiN涂层与基体的结合强度较差,但抗氧化性较好,在低速切削条件下性能最差,在高速下优于AlTiN涂层。 4、涂层的H3/E*2, Wp/Wt和CPRs等力学参数,可以定性的分析以粘结磨损为主的切削失效过程。

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