通過(guò)增大邊緣層的硬度,防止磨粒磨損-切削顯微鏡

  切削材料的開(kāi)發(fā)
由于新的待加工材料的不斷開(kāi)發(fā)，為了應(yīng)對(duì)切削加工領(lǐng)域的新挑戰(zhàn)
，并改良及繼續(xù)開(kāi)發(fā)已有工藝，需不斷開(kāi)發(fā)新的切削材料。

在切削材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，通常會(huì)有材料強(qiáng)度和韌性之間的目標(biāo)沖突。
理想的切割材料需具有高硬度以保護(hù)刀具免受或少受摩擦等的磨損；同
時(shí)還需具有高韌性，以防止刀具過(guò)脆而崩碎。然而，由于不能同等程度
地提高硬度和韌性，因此這兩種特性通常要進(jìn)行折中處理。

涂層技術(shù)

切削刀具的耐磨性以及與之相關(guān)的耐用時(shí)間，主要受切削力大小和
熱負(fù)荷的影響。切削力和熱負(fù)荷是由切削面與切屑、切削表面與工件之
間的摩擦以及實(shí)際的分離過(guò)程引起的。為了減少這種影響，延長(zhǎng)切削刀
具的耐用時(shí)間，需要為刀具涂上硬質(zhì)材料涂層。硬質(zhì)材料層通常只有幾
微米厚，并承擔(dān)以下任務(wù)：

①通過(guò)高耐熱性保護(hù)載體基材；

②通過(guò)改善滑移性能，降低切削力和切削阻力；

③通過(guò)增大邊緣層的硬度，防止磨粒磨損。

例如，涂層技術(shù)能使相對(duì)柔韌的材料擁有高硬度的邊緣層，從而把
高硬度和高韌性這兩個(gè)所需的特性結(jié)合在一起。硬質(zhì)材料，例如氮化欽
、氮碳化欽、碳化擔(dān)、氮化鋁欽、氮化鋁鉻或聚晶金剛石以及無(wú)定形碳
，都可用作涂層材料。

然而，應(yīng)注意的是，在一些應(yīng)用中不能使用涂層。例如勞斯萊斯在
生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為了避免涂層成分?jǐn)U散到發(fā)動(dòng)機(jī)的部件表面，只能使用
涂層刀具進(jìn)行加工余量最大為 0.5 mm的加工。為了將硬質(zhì)材料涂層應(yīng)
用到載體基材上，在刀具涂層領(lǐng)域主要使用兩道工藝，即CVD(化學(xué)氣相
沉積)和PVD(物理氣相沉積)。

  工藝?yán)鋮s
在切削加工中另一個(gè)起核心作用的關(guān)鍵點(diǎn)是利用不同類(lèi)型的冷卻介
質(zhì)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))進(jìn)行工藝?yán)鋮s，從而降低工藝溫度?？刹捎枚喾N
方法：一方面，可以用一種冷卻介質(zhì)與一個(gè)熱的物體接觸，直接進(jìn)行冷
卻；另一方面，可以用介質(zhì)沖洗來(lái)自工藝作業(yè)區(qū)的炙熱碎屑，以此排出
切削加工中的大部分熱量。此外，冷卻介質(zhì)有潤(rùn)滑作用，可以減少摩擦
，從而減少熱量的產(chǎn)生。但工藝?yán)鋮s也會(huì)導(dǎo)致不良后果，如熱沖擊。當(dāng)
刀具溫度較高的部分突然被冷卻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱沖擊效應(yīng)，將導(dǎo)致切削刀
具損壞。而且，工藝?yán)鋮s會(huì)帶來(lái)附加成本，因?yàn)楸仨氁獪?zhǔn)備、管理和回
收這些冷卻介質(zhì)。此外，許多冷卻介質(zhì)會(huì)損害人的健康，對(duì)它們進(jìn)行回
收處理會(huì)增大環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

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