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聚晶立方氮化硼(PcBN)具有高硬度,高耐磨,耐高温和高化学惰性等优点。聚晶立方氮化硼作为车削刀具材料,解决了金刚石刀具等在加工黑色金属材料时低寿命,低耐磨性等问题。聚晶立方氮化硼刀具的出现大大提高了黑色金属精密加工的生产效率,引起了世界各国的高度重视。但目前国内聚晶立方氮化硼的研究水平及产品质量都与国外有较大差距。
本论文通过用六面顶压机进行高温高压合成、对合成后样品进行硬度测试、扫描电镜形貌观察、XRD成分分析、制作刀具进行切削试验等分析、检验方法,针对以Al、Co、TiN、TiC为主要成分的结合剂、系统研究了结合剂配方、cBN磨料的粒度级配、原料的混料方法等对PcBN产品性能产生重要影响的因素,得到的主要结论如下:
1.对于以Al,Co,TiC,TiN为主要元素的结合剂,原料配方Al=9%~12%,Co=0.5%1.5%,TiC或TiN=9%~12%,cBN70%~85%时,样品具有烧结性能优良,制备的 PcBN切削性能好,耐磨性好的优点。一般较低的cBN含量可以使PcBN的耐冲击性提高,但耐磨性下降。
2.对cBN原料选用合适的颗粒级配,对提高PcBN的致密度有着显著的效果。两级粒度级配最佳范围是大颗粒:小颗粒为3:2左右为最佳,粒度分布首选1~2цm、4~6μm;三级粒度级配最佳范围是大颗粒:中颗粒:小颗粒为12:5:3范围内为最佳,粒度分布选择0~0.5μm、4~6μm、8~12μm;大粒度:小粒度值越大,填充效果越好。但粒度过大,耐磨性下降;粒度过细,则混合和压制难度大,容易导致产品质量下降。
3.恰当的混合方式对提高PcBN的性能,稳定PcBN的质量至关重要。用行星式球磨方法替代传统滚筒式球磨,不但大大提高了生产效率,而且很好地稳定了PcBN的质量。
4.相比干混,湿混混匀效果更好,但混合方式的选择要根据配方中的成分来确定,若含有活泼金属(如Al),则采用干混,反之则采用湿混。
5.从配方、结合剂,混合工艺入手,可以显著的改善PcBN烧结后产生诸如杂质,气孔,金属线等现象。
本课题采用 cBN75%+TiN12.5%+A19%+Co3.5%配方和合理的制备工艺制备的PcBN产品,已得到实际应用,并获得了用户认可。