超細晶粒硬質合金刀具在加工耐熱合金鋼中的應用

摘 要 超細晶粒硬質合金是一種高硬度、高強度和高耐磨性兼備的硬質合金，它的WC粒度一般為0.2～1.0m以下，大部分在0.5m以下，是普通硬質合金WC粒度的幾分之一到幾十分之一，具有硬質合金的高硬度和高速鋼的強度。

關鍵詞 超細晶粒 防粘接 延伸應用領域

中圖分類號：TG15 文獻標識碼：A

超細晶粒硬質合金由于晶粒很細，故其刀具刃口可以磨得非常鋒利，刃面粗糙度可以很小，因此適合于制造精密刀具，如拉刀、精密滾刀等。

超細晶粒硬質合金由于強度很高，用其制造的刀具可在50-60m/min下的較低速度進行切削（一般的硬質合金刀具在低速切削時粘結磨損大，易崩刃），對于切斷和端面切削這些切削速度變化范圍很寬的加工是很適宜的。在自動車床上加工時，超細晶粒合金刀具的性能可靠，是目前用于自動車床上較理想的刀具材料。

下面以超細晶粒硬質合金YS2，YM051，YM052等刀具牌號為例，闡述在加工耐熱合金鋼生產中的一些應用。

YS2硬質合金YS2硬質合金是株洲硬質合金廠生產的一種超細晶粒硬質合金，其性能相當于ISO標準中的K30，它的WC晶粒尺寸小于0.5€%em，硬度為91.5HRA，抗彎強度達2200MPa，在800℃時的高溫硬度為930HV，比一般YG類硬質合金高出200～300HV。

在加工K3鎳基鑄造合金的外圓時，在相同切削用量v=5～6m/min，f=0.5mm/r，ap=0.1mm的條件下，YG8的磨損為0.5mm左右，YS2為0.25mm；在后刀面磨損量同為0.3mm時，YS2的刀具耐用度為15min，而YG8或YG8W的刀具耐用度還不到5min。

YM系列硬質合金YM051、YM052、YM053是上海硬質合金廠生產的一種超細晶粒硬質合金，它的WC平均晶粒尺寸為0.4～0.5€%em，1€%em以下的占95%以上，硬度大于92.5HRA，抗彎強度在1600MPa以上。YM051、YM052的通用性很強，既能加工鋼材，又能加工鑄鐵，對耐熱合金鋼如鐵基、鎳基高溫合金、鈦合金、耐熱不銹鋼等難加工材料的加工效果尤為顯著，YM053則主要用于加工各種鑄鐵。

在車削GH132鐵基耐熱合金鋼（€%o62～€%o400mm）端面時，在相同切削用量n1 = 45r/min，ap1=1.Omm，f = 0.15mm/r的條件下，刀具走一刀后的磨損量分別是YM051為0.1mm，YS2為0.21mm，YG8為0.35mm；當n2=60r/min，ap和€%o值不變時，則分別為0.1mm，0.25mm，0.27mm。在車削其外圓時，用同一切削用量n=20r/min，ap=0.8，f=0.07mm/r，并在采用切削液的條件下，原來使用的高速鋼車刀每刃磨一次只能加工一件，還保證不了錐度；用YG8車刀容易產生崩刀，每次刃磨也只能加工一件；而采用YS2或YM052車刀，每次刃磨后可加工2～3件，并能較好地保證工件的錐度和表面粗糙度。

當粗車合金半鋼軋輥（尺寸為€%o800€？800mm）時，在切削用量v = 17m/min，ap = 16mm（YT5）或20mm（YM052），f = 0.625mm/r（YT5）、1.75mm/r（YM052）的條件下YT5刀具耐用度明顯低，只能加工200～300mm，加工效率亦低；YM052能加工500～600mm，加工效率是YT5的2～3倍。

由上可知，超細晶粒硬質合金刀具，由于其晶粒極細，刀刃可以磨得鋒利、光潔；同時由于它的強度和硬度都很高，故能長時間保持刀刃有極小的圓弧半徑和粗糙度。因此，在加工耐熱合金鋼時，使用YS2、YM051、YM052、YD05等超細晶粒硬質合金刀具比采用YT、YG、YW三類普通硬質合金刀具有較好的耐熱性和（下轉第92頁）（上接第86頁）綜合耐磨性能，不僅其刀具耐用度有明顯提高，切削效率提高數倍，而且加工工件的表面粗糙度也顯著降低。它與立方氮化硼CBN刀具相比，雖然耐磨性稍低一些，但其價格卻比CBN低得多，因此，可廣泛推廣應用。

迄今，世界上已有幾十多個超細硬質合金牌號，不過大部商品牌號WC晶粒度都在0.5um以上，WC晶粒度小于0.5umm而達0.3um或以下的仍很少報道。因此，直到現在超細晶粒硬后合金仍硬質合金研制領域中的一個主要方向。

超細硬質合金通常由超細WC粉或WC-Co復合粉末制取。為防止在核結過程中WC晶粒長大，常常使用各種抑制晶粒長大的添加劑。因此，研究攻關內容主要有三個：（1）超細粉末的制取。這是生產超細硬質合金的關鍵，其方法或工藝有三類：先制取超細鎢粉，再碳化成WC粉，鎢化合物直接碳化，制成WC-Co復合粉。但其中有些工藝流程長，生產成本高，有些工藝復雜，設備昂貴，有些工業化生產困難。因此需進一步完善或開發新的工藝。（2）WC晶粒長大抑制劑的應用。最好的抑制劑是VC，Cr3C2、TaC。選用哪種抑制劑，要根據需要進行研究。（3）燒結設備的改進和燒結工藝的制定。超細合金對碳缺陷等特別敏感。目前，國外發展了將燒結與熱等靜壓合二為一體的設備，即燒結熱等靜壓裝置，來消除這些不利因素。

參考文獻

[1] 實用金屬切削刀具.機械工業出版社，2009.

[2] 上海市工業學大慶金屬切削先進經驗交流大會.先進刀具和工夾具選輯.上海科學技術出版社，1978.

[3] 上海理工大學.金屬切削原理及刀具. 機械工業出版社，2005.