TiAlN涂层硬质合金刀具的制备及其切削加工性能研究
金属切削工艺的快速发展对切削刀具提出了越来越高的技术要求，涂层刀具的出现则实现了传统刀具的综合改性，能有效提升加工效率与加工精度，延长刀具使用寿命，降低生产成本。因此，高性能涂层刀具的制备显得尤为重要。本文采用脉冲偏压多弧离子镀法在YT14硬质合金基体上制备TiAlN涂层硬质合金刀具。 采用单因素试验法深入分析基体负偏压、脉冲偏压占空比、弧电流、氮气分压和沉积温度对TiAlN涂层厚度、表面形貌、纳米硬度以及结合强度等性能的影响规律，从而实现对制备工艺参数的优化。优化后的工艺参数组合为:基体负偏压-50V，脉冲偏压占空比50％，弧电流95A，氮气分压0.8Pa，沉积温度200℃。优化后TiAlN涂层刀具成分和性能如下:涂层成分为Ti0.52Al0.48N，厚度为3.1μm，粗糙度为0.10μm，纳米硬度为34.0GPa，弹性模量为453.7GPa，结合力为58.9N。 研究了TiAlN涂层刀具的摩擦磨损特性，分析了法向载荷和摩擦速度对摩擦磨损特性的影响规律。当法向载荷逐渐增大时，磨痕宽度也逐渐增大，摩擦系数则逐渐减小;当摩擦速度逐渐增大时，磨痕宽度逐渐减小，摩擦系数则先减小后增大。摩擦磨损试验中，TiAlN涂层刀具的主要磨损形式是磨粒磨损、氧化磨损以及粘结磨损。 研究了TiAlN涂层刀具连续切削40Cr淬硬钢时的切削性能。结果表明，保持f=0.1 mm/r，ap=0.2mm不变，三种不同切削速度(120m/min、180m/min、240m/min)下，TiAlN涂层刀具的切削寿命分别为未涂层YT14刀具的1.8倍、2倍和2.3倍。主要磨损形式是后刀面磨损，主要磨损机理是粘结磨损和磨粒磨损。 研究了TiAlN涂层刀具连续切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti时的切削性能。结果表明，保持f=0.1mm/r，ap=0.2mm不变，三种不同切削速度(120m/min、180m/min、240m/min)下，TiAlN涂层刀具的切削寿命分别为未涂层YT14刀具的2.5倍、2.7倍和2倍。主要磨损形式是前、后刀面磨损和崩刃，主要磨损机理是粘结磨损。随着切削速度的增大，TiAlN涂层刀具的崩刃现象越来越严重。
硬质合金刀具;氮化钛铝涂层;制备工艺;切削性能
南京理工大学
硕士
机械制造及其自动化
袁军堂
2016
中文
TG711;TG706
68
2016-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）