新型聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具材料研制及其切削機(jī)理研究.pdf

1、立方氮化硼(簡稱CBN)是五十年代中期研制出來的硬度僅次于金剛石的超硬材料,它具有高硬度、高熱穩(wěn)定性和高化學(xué)惰性,但其硬度、耐磨性等具有很強(qiáng)的方向性,應(yīng)用受到限制。為了彌補(bǔ)立方氮化硼單晶的不足,相關(guān)研究人員于七十年代開發(fā)出聚晶立方氮化硼(簡稱PCBN),它不僅具有單晶立方氮化硼的高硬度、高耐磨性等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)克服了其各向異性的不足。
　　 聚晶立方氮化硼由立方氮化硼顆粒和按照一定比例組成的粘結(jié)劑在高溫高壓條件下燒結(jié)而成,加入適量的

2、粘結(jié)劑可以促進(jìn)燒結(jié)的進(jìn)行,降低燒結(jié)所需的溫度和壓力,并能夠改善燒結(jié)體的性能。因此,粘結(jié)劑對合成聚晶立方氮化硼起著重要的作用。
　　 本文以一定量的氮化鈦、鈷、鋁作為粘結(jié)劑,在高溫高壓條件下燒結(jié)聚晶立方氮化硼燒結(jié)體,燒結(jié)壓力為5Gpa,燒結(jié)溫度范圍為1250℃～1650℃,對得到的燒結(jié)體樣品進(jìn)行研磨拋光,利用SEM觀察分析燒結(jié)體的微觀形貌,并結(jié)合XRD測試分析其燒結(jié)機(jī)理,測試燒結(jié)體的顯微硬度,將燒結(jié)體刃磨制成刀具進(jìn)行切削試驗(yàn),分析

3、刀具磨損形貌并研究其磨損機(jī)理。
　　 研究結(jié)果表明:燒結(jié)體的硬度與燒結(jié)溫度有很大的關(guān)系,低溫?zé)Y(jié)時(shí),粘結(jié)劑和立方氮化硼微粒之間的結(jié)合性較差,粘結(jié)相不能牢固地粘結(jié)立方氮化硼微粒,燒結(jié)體內(nèi)各組份被機(jī)械地壓結(jié)在一起,致密度較低,顯微硬度也較低。高溫?zé)Y(jié)時(shí),粘結(jié)劑中的某些成份與立方氮化硼微粒發(fā)生反應(yīng),有利于粘結(jié)劑與立方氮化硼微粒以及立方氮化硼微粒之間的相互結(jié)合,并且會活化立方氮化硼微粒,促進(jìn)立方氮化硼微粒之間的直接鍵合,提高燒結(jié)體的硬度

4、。
　　 XRD測試結(jié)果表明,高溫?zé)Y(jié)時(shí),燒結(jié)體中生成許多新物相,例如CoO、AlN等,這些新物相能夠活化立方氮化硼微粒,促進(jìn)立方氮化硼微粒之間的直接鍵合,其中,AlN可以抑制立方氮化硼向六方氮化硼(HBN)的逆轉(zhuǎn)化,提高燒結(jié)體中立方氮化硼的含量。
　　 通過切削試驗(yàn)研究所制成聚晶立方氮化硼刀具的磨損形貌和磨損機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明,不同燒結(jié)條件下獲得的聚晶立方氮化硼刀具切削性能、刀具磨損形式等不同。聚晶立方氮化硼刀具前刀面

5、磨損以月牙洼磨損為主,同時(shí)伴有微崩刃現(xiàn)象,其后刀面主要有機(jī)械磨損、磨粒磨損、擴(kuò)散磨損等。燒結(jié)時(shí)間不同的聚晶立方氮化硼刀具的磨損趨勢不同,燒結(jié)時(shí)間較長的刀具后刀面磨損量與切削時(shí)間基本成線性關(guān)系;燒結(jié)時(shí)間較短的刀具在切削初始時(shí)磨損量較大,但隨著切削時(shí)間的增加,其磨損量有明顯減小的趨勢,最終卻都在相同的切削時(shí)間內(nèi)達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。
　　 研究結(jié)果表明,在聚晶立方氮化硼刀具切削加工的不同階段,已加工表面的粗糙度不同,遵循一定的變化規(guī)律,即隨