宝刀是怎样炼成的 刀具基体涂层选择有哪些讲究

     刀具磨损是切削加工中的一个常见问题，由于切削材料硬度高以及大量切削热的产生，使刀具经常处在一种极具挑战性的使用环境中。最新的刀具基体和涂层材料的研发对于防止刀具磨损和抵抗切削热发挥了极其重要的作用，这两种要素的最佳组合能够有效延长刀具的使用寿命，使切削加工向更加经济可靠的方向发展。

    优化刀具基体材料

    对刀具基体材料的优化改进可以显著提高刀具的切削性能。研究显示，刀具基体的粒度对于切削性能和刀具寿命至关重要，基体粒度越小，刀具将具有更好的耐磨性能。通过将碳化钨的粒度控制在1到5微米的范围内，制造商正尝试着制造性能更好的硬质合金刀具基体，可以用来加工钛合金等难加工材料的零件。与此同时，将基体的钴含量提高约6％到12％，这样可以使刀具获得更高的韧性，对满足某些特定的切削加工要求十分有利。

    除此之外，还可以通过在接近刀具基体的外表面处形成一层富钴层，或者是在硬质合金材料中有选择性地添加如钛、钽、钒、铌等其他合金元素，这样得到的刀具基体切削性能显著增强。其中，富钴层的存在可以大大加强切削刃强度，对提高粗加工和断续切削刀具的性能效果明显。

    在选择与加工材料相匹配的刀具基体时，要考虑到基体的五种特性，分别是断裂韧性、横向断裂强度、抗压强度、硬度和耐热冲击性能。不同种类的加工，可能对五种特性有不同程度的要求。同样，不同种类的磨损也可能是由不同特性的承受能力达不到加工要求而造成的。举例来说，当硬质合金刀具基体材料的断裂韧性不足时，就会出现沿切削刃崩刃的现象；而当横向断裂强度或抗压强度不足时，就会出现切削刃直接失效或破损的情况；如果基体材料的耐热冲击性能达不到要求，在铣削加工中，刀具上就可能产生热裂纹。

    选择正确的刀具涂层

    选择正确的刀具涂层也对提高刀具的切削性能起到了立竿见影的效果。在涂层工艺中采用新的合金元素可以改善涂层的粘附性和涂层性能。当今常用的涂层技术包括氮化钛涂层、碳氮化钛涂层、氮铝钛涂层、氮钛铝涂层、氮化铬涂层和金刚石涂层等。

    氮化钛涂层（TiN）是一种通用型PVD和CVD涂层，效果是提高刀具的硬度和氧化温度。碳氮化钛涂层（TiCN）是通过在TiN涂层中添加碳元素，进一步提高了涂层的硬度和表面光洁度。氮铝钛涂层（TiAlN）和氮钛铝涂层（AlTiN）都是将氮化钛涂层与氧化铝涂层（Al2O3）复合应用得到的，可以提高刀具的耐高温性能，非常适合干式切削。其中，氮铝钛涂层具有更高的钛含量，而氮钛铝涂层则具有更高的铝含量。相比较而言，后者的表面硬度更大，常应用于高速切削加工。氮化铬涂层（CrN）具有较好的抗粘结性，是对抗积屑瘤的首选解决方案。金刚石涂层（C）则可以显著提高加工非铁族材料刀具的切削性能，非常适合加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金和其他高磨蚀性材料。但金刚石涂层不适合加工钢件，因为它与钢的化学反应会破坏涂层与基体的粘附性能。

    常用的涂层沉积方法有物理气相沉积法（PVD)和化学气相沉积法（CVD)。通常，PVD涂层的厚度约为2到6微米，涂覆在刀具基体上时会产生压应力；而CVD涂层的厚度约为2到6微米，涂覆在刀具基体上时会产生拉应力。前者对提高基体强度更为有益。再加上CVD涂层过大的厚度破坏了刀具的锋利性，不能用于要求切削刃非常锋利的刀具，因此近些年来，市场份额逐渐被PVD涂层所蚕食。