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纳米技术是20世纪80年代末期诞生并崛起的新技术。纳米粉体对现有材料的改性是当前国内外材料科学研究的一个热点。在常规材料中添加纳米颗粒可较大地提高材料的强度、硬度、韧性,也改善了材料的可加工性。在TiC—TiN—Ni—Mo系金属陶瓷中添加纳米TiN粉,就是出于这样的设想,这对于作为刀具材料的金属陶瓷来说具有重要意义。

1 纳米TiN改性对TiC基金属陶瓷力学性能的影响

采用粉末冶金的方法制取金属陶瓷。纳米TiN粉末经超声分散后加入到混合粉末中去进行湿磨—干燥—造粒—压制成压坯,在真空炉中烧结成烧结坯。然后磨制成可转位刀片。
在切削速度Vc=200m/min,背吃刀量ap=0.5mm,进给量f=0.1mm/r的切削条件下,分别加工45钢和灰铸铁,得到图3所示的磨损曲线。
由图中看出,纳米改性金属陶瓷抗崩刃性、耐磨性均有较大提高。这是由于在TiC晶界分散的纳米TiN颗粒有钉扎晶界的作用,阻止TiC晶粒的长大,即有弥散强化和细晶强化的效果。纳米粉末的巨大表面能提供了烧结驱动力、活化烧结作用、促进扩散并降低烧结温度,有利于得到细晶结构。同时,TiC晶粒内部分散的TiN颗粒也起到固溶强化的作用。由此可知,纳米改性金属陶瓷是一种陶瓷增韧的新方法。
  • 切削淬火钢时的比较
  • 图4是切削速度Vc=30m/min,背吃刀量ap=0.5mm,进给量f=0.1mm/r条件下几种刀具切削淬火45钢(经中频淬火热处理,硬度为55HRC)的磨损曲线。由图中可以看出,在较低切削速度下,纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具切削淬火钢时刀具耐磨性好,寿命较长。曾用切削速度Vc>30m/min做试验,刀具在切削过程中急剧磨损,且以崩刃而失效。

    4 结语

    通过以上切削试验说明:纳米TiN改性TiC基金属陶瓷可转位刀片具有硬度高、高温性能和化学稳定性好、抗磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损和化学磨损的能力较强等优良特性,虽然韧性和强度稍低、抗崩刃性不太好,但在大多数情况下它的切削性能较硬质合金刀具好。
    纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷是20世纪90年代出现的一种新型刀具材料,具有耐氧化、耐高温、耐磨等一系列优点,再加上其密度6.3~6.8g/cm3,只有硬质合金密度13.5~14.8g/cm3的一半,即相同重量的粉末,金属陶瓷可获得2倍于硬质合金数量的制品,用作刀具材料不仅延长了使用寿命,而且降低了成本,生产应用具有广阔的前景。

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