新型聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具材料研制及其切削機理研究.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)定性和高化學惰性,但其硬度、耐磨性等具有很強的方向性,應用受到限制。為了彌補立方氮化硼單晶的不足,相關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,同時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劑在高溫高壓條件下燒結而成,加入適量的

2、粘結劑可以促進燒結的進行,降低燒結所需的溫度和壓力,并能夠改善燒結體的性能。因此,粘結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、鋁作為粘結劑,在高溫高壓條件下燒結聚晶立方氮化硼燒結體,燒結壓力為5Gpa,燒結溫度范圍為1250℃～1650℃,對得到的燒結體樣品進行研磨拋光,利用SEM觀察分析燒結體的微觀形貌,并結合XRD測試分析其燒結機理,測試燒結體的顯微硬度,將燒結體刃磨制成刀具進行切削試驗,分析

3、刀具磨損形貌并研究其磨損機理。
　　 研究結果表明:燒結體的硬度與燒結溫度有很大的關系,低溫燒結時,粘結劑和立方氮化硼微粒之間的結合性較差,粘結相不能牢固地粘結立方氮化硼微粒,燒結體內(nèi)各組份被機械地壓結在一起,致密度較低,顯微硬度也較低。高溫燒結時,粘結劑中的某些成份與立方氮化硼微粒發(fā)生反應,有利于粘結劑與立方氮化硼微粒以及立方氮化硼微粒之間的相互結合,并且會活化立方氮化硼微粒,促進立方氮化硼微粒之間的直接鍵合,提高燒結體的硬度

4、。
　　 XRD測試結果表明,高溫燒結時,燒結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)的逆轉化,提高燒結體中立方氮化硼的含量。
　　 通過切削試驗研究所制成聚晶立方氮化硼刀具的磨損形貌和磨損機理。試驗結果表明,不同燒結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,同時伴有微崩刃現(xiàn)象,其后刀面主要有機械磨損、磨粒磨損、擴散磨損等。燒結時間不同的聚晶立方氮化硼刀具的磨損趨勢不同,燒結時間較長的刀具后刀面磨損量與切削時間基本成線性關系;燒結時間較短的刀具在切削初始時磨損量較大,但隨著切削時間的增加,其磨損量有明顯減小的趨勢,最終卻都在相同的切削時間內(nèi)達到磨鈍標準。
　　 研究結果表明,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