基体对涂层硬质合金组织和性能的影响

详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文

作者：王社权 论文级别：硕士 学科专业名称：材料学 中文关键词：涂层硬质合金 ; 基体 ; 界面结构 ; 切削性能 ; 表面富Co层 英文关键词：cemented carbide with coating ; substrate ; interface structure ; cutting performance ; enriched cobalt layer in the surface 学位年度：2003 导师：陈康华 ; 李来荣 学科代码：080502 学位授予单位：中南大学 论文提交日期：2003-02-01

摘要

目前，涂层硬质合金可转位刀片使用越来越广泛，不同的使用领域对涂层合金提出不同的要求。但要获得性能优良的涂层硬质合金，必须要有性能优良的专用硬质合金基体与涂层相配合。
     本文采用4种成分不同的硬质合金基体，WC-Co、WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6％Co、WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-10％Co、WC-(W,Ti)C-(Wa,Nb)C-TiCN-Co。通过常规的检测、金相显微镜、扫描电镜及能谱分析、切削实验等一些手段，研究了碳含量和烧结气氛对硬质合金基体性能的影响，TiCN含量对WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-TiCN-Co合金性能的影响，涂层硬质合金的界面结构及切削性能，涂层硬质合金在不同应用条件下切削性能的优缺点。本研究的结果表明：
     1．WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-TiCN-Co基体由于含有脱β层，综合性能十分优越。抗弯强度比WC-Co、WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6％Co合金高，硬度与WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)-6％Co合金相当。
     2．基体的性能受碳含量和烧结气氛的影响，随着合金碳含量的增加，合金的抗弯强度和硬度依次下降。在Ar气下烧结，WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6％～10％Co合金由于有(W,Ti)C和(Ta,Nb)C固溶体的存在，表面有Co相聚集。
     3．合金基体进行涂层后，合金的抗弯强度大幅下降。基体配碳量低，在基体和涂层之间形成脱碳相。
     4．WC-Co基体涂层合金适合于加工铸铁，低Co含量的WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-Co合金适合于加工钢材，高Co含量的WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-Co合金在切削实验条件下基本无明显的优势。表面富Co层(脱β层)合金由于刃口强度高，综合使用性能良好。
The coated cemented carbide indexable inserts are used more and more widely. The different application requires the coated cemented carbides with corresponding property. High performance coated cemented carbide should be based on special cemented carbide substrate.
    Four cemented carbide WC-Co,WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co, WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-10%Co, WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-TiCN-Co have been processed and investigated as the substrates for coating. By conventional inspection, microscope, SEM, the effect of carbon content and sintering atmosphere as well as TiCN content on the properties and interface structure of the coated cemented carbide substrate were studied. The cutting performance of coated cemented carbides were examined by metal cutting test.
    WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-TiCN-Co alloy as substrate has excellent properties with higher TRS than alloys of WC-Co, WC-(W,Ti) C-(Ta,Nb)- 6%Co, with the same hardness as WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C -6%Coo There are enriched cobalt layer in the surface of WC-(W,Ti) C-(Ta,Nb)C-TiCN-Co alloy , which is beneficial to coating as substrate.
    TRS and hardness of cemented carbide as substrate decrease with the increase of alloy carbon content which depends on the initial carbon content and sintering atmosphere. Sintering in Argon results in formation of (W,Ti) C and (Ta,Nb) C in alloys of WC-(W,Ti) C-
    
    
    
    (Ta,Nb)-6%Co and WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-10%Co, and cobalt segregation on the surface of alloys.
    After coated, TRS of the cemented carbide deteriorates obviously, N-phase appears in the interface between substrate and coat in the case of the low carbon content.
    The cutting experioments show that the coated WC-Co is suitable for cutting cast iron, the coated WC-TiC-(Ta, Nb)C-6%Co suitable for steel, the coated WC-(W,Ti) C-(Ta,Nb) C-TiCN-Co with high strength edge is the best. The WC-TiC-(Ta,Nb)C -10%Co can not be used as substrate.

引文

(1) 谭志国，我国硬质合金涂层技术的新发展，稀有金属与硬质合金，1986，No 1，P.25～32。
    (2)．工具材料的陶瓷涂层，硬质合金情报网讯，1986，No.2，P.7～9。
    (3). W. Schitlmeister et al, Application and manufacture of Tool Coated by Vapour Deposition, Metal Powder Report, 1986, Vol.41, No.12, P.899-904.
    (4)．艾兴等，切削刀具材料的未来，材料科学与工程，1989，No.3，P.123～130。
    (5). Tesuji Tsukamoto et al, New Milling Carbide for Inserts Coated by CVD and PVD, Advances in Hard Metal Production, Proceedings, 1983, Vol.1, P.8～12。
    (6)．王零森编著，特种陶瓷，中南工业大学出版社，1994，P.33～40。
    (7)．发明专利说明书，中国专利，ZL专利号93121013，2000年10月。
    (8)．杨烈宇等，材料表面薄膜技术，人民交通出版社，1989，P.180～200。
    (9)．发明专利说明书，中国专利，ZL专利号96100514.9，1996年10月。
    (10)．发明专利说明书，中国专利，ZL专利号96198661.1，1998年12月。
    (11). Arno Kopf, Superhard materials, International Journal of
    
    Refractory Metals & Hard Materials 20(2002), P.91-92。
    (12)．李沐山编著，八十年代世界硬质合金技术进展，硬质合金编辑部编辑出版，1991，P.565～585。
    (13). Esser. S High Alumina PVD-TiAIN for Metal Cutting Operation, Journal of Materials Sicence 1996, P.55-61。
    (14). Leyendecker T TiAIN-Al_2O_3 PVD-Multilayer for metal Cutting Operation, The Carbide and Tool Journal, 1996, P.17～21。
    (15)．N．P．苏，涂层硬质合金的过去、现在和将来，硬质合金工具的破损及其断裂，美国金属学会编，冶金工业出版社，1989，P.99～112。
    (16)．N．甘恩，G．洛伦，不同工具材料的耐磨性和抗断裂性的比较，硬质合金工具的破损及其断裂，美国金属学会编，冶金工业出版社，1989，P.87～93。
    (17)．D．莫斯考维茨、D．J．斯托弗，E．伦兹，关于硬质合金刀具两种破损方式的切削实验：崩刃(碎裂)和塑性变形，硬质合金工具的破损及其断裂，美国金属学会编，冶金工业出版社，1989，P.71～77。
    (18)．铃木寿论文选集，中国有色金属加工工业协会硬质合金分会。1985年6月，P.289～294。
    (19)．王国栋，硬质合金生产原理，冶金工业出版社，1982，P.387～389。
    (20)．林宏尔等，基体碳含量对CVD法涂复碳化钛的WC-Co合金抗弯强度的影响，粉体与粉末冶金(日刊)，1984，Vol.31，4～6。
    (21)．赫伯特．S．卡利什，詹姆斯．S．雷古斯特，硬质合金成分对刀具机械性能和使用性能的影响，硬质合金工具的破损及其断裂，美国金属
    
    学会编，冶金工业出版社，1989，P.134～143。
    (22)．C．S．G．埃克玛尔，S．A．O．伊格斯特罗姆，G．K．A．赫登，碳化钛涂层对硬质合金刀具热疲劳裂纹敏感性的影响，硬质合金工具的破损及其断裂，美国金属学会编，冶金工业出版社，1989，P.156～164。
    (23)．P．C．金达尔等，涂层硬质合金刀片铣削不锈钢时的对比评价，硬质合金工具的破损及其断裂，美国金属学会编，冶金工业出版社，1989，P.177～183。