塗層（céng）對硬質（zhì）合金基體（tǐ）強度的影響
2020-2-4 來源：江西江鎢（wū）硬質合金有限公司 作者：江啟軍，李穎，何（hé）海（hǎi）明
摘要: 在實際切削中發現塗層刀具（jù）的耐衝（chōng）擊性（xìng）能與硬質合金（jīn）基體的設（shè）計預期存在一定（dìng）差異。通過試驗研究得出了不同粒度塗層和（hé）非塗層硬質合金刀具的強度變化規律，發現在 500℃ － 1100℃ 的塗層溫度下，硬質合金基體的強度均有不同程度的下降，為塗層刀具基體材質的設計提供了參考。
關鍵詞: 強度; 塗層; 刀具; 耐衝擊
1 、引言
硬質合金強度是（shì）表征產（chǎn）品（pǐn）韌（rèn）性、抗（kàng）衝擊能力（lì）的關鍵指標之一。在斷續切削、不均勻（yún）切削（xuē）( 包括帶黑皮加工) 等金屬切削加工領域，刀具斷裂或崩碎是最主要的失效方式，因此對硬質合金基體強度提出了極高要求。
在（zài）現代（dài）切削加（jiā）工中，塗層技術的（de）引入使（shǐ）刀具的耐高溫（wēn）、耐磨、耐腐蝕等性能都得到了很（hěn）大提升，達到了（le）高速加工（gōng）的要求。但由於塗層刀具在高速加（jiā）工中的耐衝（chōng）擊能力不理想，國內大部分工況惡（è）劣的粗（cū）加工領域還在使用切削效率非常低的非塗層刀具（jù）。經過分析和研究認為，塗層過程中（zhōng）硬質合金基體（tǐ）長（zhǎng）時間處於（yú） 500℃ － 1100℃，對基體的強度會產生不利影響，使塗層刀具的耐衝擊性能（néng）下降。
2 、試驗方案與試驗結果
試驗選用 6 種 K 係列塗層硬質合金基體牌號，基體 WC 粒 度 分 別（bié） 為 0． 4μm、0． 6μm、0． 8μm、1. 5μm、3． 0μm 和 4． 0μm，其主要（yào）成分為 WC + Co，含（hán）有微量添加劑。每個牌號選用同一批原料，分別壓（yā）製 5． 25mm × 6． 5mm × 20mm 的強度試樣條 30根，同爐同舟（zhōu）皿一次燒結出來。取 10 根磨製試樣進行（háng）強度檢測，取未磨毛坯試樣條（tiáo） 10 根進行 CVD 塗層、10 根進行 PVD 塗（tú）層。對塗層後的試樣條分別進行磨（mó）樣，並（bìng）檢測硬質合金基體的（de）強度（dù），從而研究塗層後各種粒度（dù）的硬質合金基體強度的變化。
圖 1 為不同粒度基體在塗層前後（hòu）強度的變化情況。除去試驗中磨樣、人為（wéi）操作等偶然因（yīn）素外，由圖1 可知（zhī），強度變（biàn）化趨勢明顯，同一種基體牌號燒結後（hòu）強（qiáng）度 ＞ PVD 塗層後強度 ＞ CVD 塗層後強度。
圖 1 不同粒度的基體強度變化（huà）
圖 2 是試樣條在燒結態、PVD 塗層態和 CVD 塗層態的（de）平均強度變化趨勢。由圖 2 可知，試樣（yàng）經過PVD 和 CVD 塗層後強（qiáng）度呈（chéng）下降趨勢，且 CVD 塗層比 PVD 塗層降（jiàng）低得（dé）更多。
圖 2 不同晶粒度的基體塗層前後的平均抗彎強度變化
圖 3 是 PVD 塗層態和 CVD 塗層（céng）態試樣條相（xiàng）比燒結態試樣條的強度下降幅度對比（bǐ）。由圖可知: WC 粒度 0． 4μm 的牌（pái）號，PVD 塗層（céng）態強度下降約 11. 6% ，CVD 塗層態強度下降 16． 3% ; 其它硬質合金基體牌號 PVD 塗層態強度下降在 6% － 8% 之間（jiān），CVD 塗層態強度下（xià）降了 10% － 12% 。隨著（zhe）粒度的加（jiā）粗，PVD 塗層後的強度降低幅度先減少後又增加，CVD塗層後的強度降（jiàng）低幅度（dù）則隨著晶粒度的加粗而降低。
圖 3 不同晶粒度基體塗層後的強度下降幅度對比
通過以（yǐ）上試驗發現（xiàn），經（jīng）過 PVD 塗層和 CVD 塗層後，同一種硬質合金基體牌號的塗層刀具強度比非塗層刀具降（jiàng）低約 10% 。在（zài）設（shè）計（jì）塗層刀具基（jī）體牌號時要充分考慮這一強度降幅，才能保證刀（dāo）具（jù）在實際切削過程中的抗衝擊性達到基體設計的（de）要求。
3 、結語
在高速、高效加工中，不僅要求刀具具有耐高（gāo）溫、高耐磨和抗衝擊等性能，還（hái）要求（qiú）獲得最佳的表麵加（jiā）工質量，刀具塗層工藝是滿足當前（qián）金（jīn）屬切削加工（gōng）需求的（de）基本途徑之一。本文的研究結（jié）果揭示了塗層對硬質合金刀具基（jī）體強度的影響規（guī）律，對設計硬質合金塗層刀具基體材質、探索塗層溫度下硬質合金基體材（cái）質變化都有一定幫助。
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