Co/Al金属在聚晶立方氮化硼中的作用及加工适用性

通过正交试验和切削试验相结合的方法,检测聚晶立方氮化硼(PCBN)烧结体的硬度和强度,分析并观察烧结体组元相互熔渗状况以及微观形貌,探索了Co/Al金属对PCBN烧结体的影响以及不同结合剂含量PCBN的加工适应性。试验结果表明:CBN含量和Co含量对PCBN的抗弯强度和硬度影响显著;在刀具材料的选择上,高PCBN浓度的刀具适合加工灰铸铁,低PCBN浓度的刀具适合加工淬硬钢;Co/Al金属能够通过高温高压在PCBN层和硬质合金基体之间进行相互熔渗,导致PCBN层在距硬质合金10~20μm处Co含量达到最大值;PCBN的失效为穿晶断裂方式。     

高温高压烧结制备PCBN陶瓷的微观结构与性能

以ZrO₂、Al₂O₃和铝粉作为结合剂,通过六面顶压机在高温(1 300～1 600℃)高压(5.5 GPa)条件下烧结制备聚晶立方氮化硼(PCBN)陶瓷,研究了烧结温度对陶瓷物相组成、力学性能以及加工离心铸铁时切削性能的影响。结果表明:不同温度烧结PCBN陶瓷的主晶相均为cBN、m-ZrO₂、t-ZrO₂、Al₂O₃、AlN和ZrN,结合相颗粒均匀地分散在cBN基体上;随着烧结温度的升高,cBN与结合相的结合更加紧密,陶瓷的相对密度、硬度、抗弯强度和断裂韧度增大;当烧结温度为1 600℃时,陶瓷的综合力学性能最好,硬度、抗弯强度和断裂韧度分别达到32.87 GPa,850.3 MPa,5.1 MPa·m^1/2;当烧结温度为1 400℃和1 500℃时,PCBN陶瓷刀具在切削离心铸铁棒总长度为10 km时,其后刀面磨损量仅分别为171,166μm,切削性能较好。     

超硬PCBN切削刀具的应用

PCBN是由CBN微粉与少量结合剂烧结而成的多晶体,由于PCBN刀具具有极高的硬度及红硬性,可使被加工的高硬度零件获得良好的表面粗糙度,所以采用PCBN刀具可实现"以车代磨",从而获得巨大的经济效益和社会效益.     

立方氮化硼——硬质合金复合刀具

立方氮化硼(CBN)——硬质合金复合刀具,是七十年代初斯发展起来的一种新型超硬刀具材料。它是由软的“白石墨”——六方氮化硼在1500～1700℃高温和5～6万大气压下转变合成为CBN单晶粉粒。经提纯处理后,将CBN单晶粉粒与WC—Co硬质合金基片一起组装,再经1700～1900℃高温和7～7.5万大气压的超高压烧结成CBN多晶体一硬质合金复合块。根据刀具结构的要求,把复合块作成整体式或焊接式刀片或刀具(附图)。     

切削淬硬钢用PCBN复合片的合成研究

本文以cBN为原料,以TiN和Al为黏结剂,在1450℃左右的高温和5.5GPa的高压下,在铰链式六面顶压机内合成了四种不同cBN体积百分含量(vol%)的PCBN复合片。对合成的四种PCBN复合片进行了显微结构、相结构、硬度、体电阻率及切削性能等性能检测。结果显示:四种PCBN复合片的显微结构有明显的网格结构,网线处为黏结剂以及反应生成的产物,网孔处为BN相;cBN与黏结剂TiN、Al在烧结过程中发生反应,反应后Al相消失,生成AlN和TiB_2新物相,而PCBN50和PCBN60还有Al_3Ti相生成;PCBN复合片的硬度、电阻率随cBN含量的增加而增加,当cBN含量低于70vol%时,PCBN复合片的电阻率变化趋势较慢;随着cBN含量下降,刀具的切削寿命延长;当cBN含量小于70vol%时,湿式切削时的刀具寿命高于干式切削时,当cBN含量高于70vol%时,刀具干切时比湿切时使用寿命更长。     

立方氮化硼(PCBN)刀具技术

<正> 一、PCBN材料概述 1.PCBN材料 PCBN又称多晶立方氮化硼绕结体,由CBN微粉通过粘结剂在高温高压下烧结而成,具有高硬度、耐冲击、高温强度好以及对铁呈化学惰性等优点。将PCBN制成切削刀具进行机械加工,能承受高速运转和对付高硬材料,例如     

淬火钢高速精加工用PCBN刀具材料的研究

介绍了一种低CBN含量的淬火钢精加工用PCBN刀具新材料的制备方法,确定了由细粒度CBN微粉和陶瓷成分为主要结合剂的材料的组分配比、组装结构和合成工艺参数。通过SEM电镜扫描、硬度和致密度检测手段对PCBN刀具材料的微观组织结构和性能进行了分析研究,分析结果表明制备的PCBN刀具材料具有很高的硬度和致密度,微观组织结构均匀、致密。最后通过切削加工试验验证了制备的PCBN刀具材料具备良好的耐磨性,工件表面加工质量说明本文制备的PCBN刀具材料适合淬火钢的精加工。     

放电等离子烧结TiB2-B4C复相陶瓷材料的力学性能和微观组织

采用放电等离子烧结技术制备了TiB₂-B₄C复相陶瓷材料,研究了烧结温度和保温时间对TiB₂-B₄C陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响。研究表明,当烧结温度为1700℃,保温5min时,陶瓷刀具材料的微观组织均匀,晶粒相对细小,致密度较高,材料的组织缺陷最少,综合力学性能较优。此时,抗弯强度598MPa,硬度22.8GPa,断裂韧性约为6.8MPa·m^1/2。     

单层钎焊多晶CBN超硬砂轮研制与自锐机理研究

多晶立方氮化硼(PCBN)是以CBN微晶与AlN粘结剂为原材料,在高温高压环境中烧结制成的新型超硬磨料.其独特的微结构不仅保留了传统单晶CBN磨粒(MCBN)优异的材料性能,而且有助于实现磨粒的微破碎,避免了MCBN磨粒各向异性的材料特性导致的磨粒大块破碎现象,有利于实现砂轮的高锋利度和长寿命.但是,目前对PCBN磨粒...     

烧结温度对高含量聚晶立方氮化硼组织与性能的影响

以立方氮化硼粉、钛粉、铝粉为原料,在高温(1 400～1 600℃)和超高压(6.5 GPa)条件下采用原位合成方法制备高含量聚晶立方氮化硼(PcBN),研究了烧结温度对PcBN力学性能、微观结构和切削性能的影响。结果表明：制备得到的PcBN均主要由BN、TiN、TiB₂、AlN等物相组成;随着烧结温度的升高,PcBN内部孔隙数量减少,密度增大,显微硬度和抗弯强度先升高后降低,PcBN刀具在切削行程长度达10 km后的后刀面磨损量先减小后增大。当烧结温度为1 550℃时,PcBN的综合性能最佳,其抗弯强度和显微硬度最大,分别为969 MPa, 40.7 GPa,后刀面磨损量最小,为0.26μm。     

钛合金Ti6Al4V高速磨削试验研究

为实现难加工材料钛合金的高效磨削,进一步发挥高速磨削的潜力,开展了钛合金Ti6Al4V高速磨削工艺试验研究,对磨削过程的磨削力、磨削比能以及磨削温度随单颗磨粒最大切屑厚度agmax的变化特征进行了分析。研究结果表明：不同砂轮线速度vs条件下,磨削力、磨削比能及磨削温度三者随单颗磨粒最大切屑厚度agmax变化的特征曲线略有不同,具体表现为,单颗磨粒最大切屑厚度agmax一定条件下,磨削力及磨削比能随着磨削速度的提高呈减小趋势,磨削温度则呈上升趋势,同时钎焊CBN砂轮的磨削力、磨削比能低于陶瓷结合剂及电镀CBN砂轮的磨削力、磨削比能,因此,利用钎焊CBN砂轮磨料有序排布的优势,选择合理的单颗磨粒最大切屑厚度,可在提高砂轮线速度的同时提高进给速度,从而提高磨削效率,实现钛合金的高速高效磨削。     

感应钎焊温度对立方氮化硼砂轮磨削性能的影响

利用超高频感应钎焊在不同钎焊温度条件下制备立方氮化硼(CBN)砂轮,采用扫描电子电镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS）对磨粒表面新生化合物进行观察与分析,并通过与电镀CBN砂轮进行比较,对感应钎焊CBN砂轮的磨削性能进行评价。结果表明：CBN磨粒界面新生化合物主要组成元素有N、B、Ti三种,活性元素Ti发生扩散并与N和B发生化合反应;当感应钎焊温度为940℃时,磨粒表面生成物致密覆盖在表面,且所制备的CBN钎焊砂轮的磨削力和磨削比能较小。在相同磨削用量下,对电镀CBN砂轮和感应钎焊CBN砂轮的磨损形式进行对比分析发现,电镀CBN砂轮的磨损形式为黏附磨损,钎焊CBN砂轮的磨损形式为破碎磨损。     

Development and performance of monolayer brazed CBN grinding tools

CBN grinding tools have been broadly utilized in machining difficult-to-cut materials in recent years. Grains of the conventional grinding tools, however, are held in the tool matrix just through the mechanical incrustation effect induced by the electroplated or sintered metal, which results in the stochastic grain distribution and limited grain protrusion, in addition to the easy grain pullout and premature tool failure by the strong impact forces generated during machining. These properties and shortcomings of the electroplated or sintered tools have restricted the potential of CBN superabrasive grains. Therefore, a new technology has been developed and introduced in this paper to fabricate successfully monolayer CBN grinding tools, in which the highly protruding grains could be planted in the required uniform pattern through the brazing effect among CBN grains, filler alloy and tool substrate at elevated temperature. Finally, comparative grinding tests performed with the conventional electroplated and newly-developed brazed CBN tools have indicated that highly increased efficiency and prolonged tool lives, as well as low fabrication and use cost could be achieved by applying the brazed CBN grinding tools.     

Study on textured CBN grinding wheel by laser cladding

In this investigation, in order to improve bonding strength between superabrasive/metal matrix/grinding substrate, life span of grinding wheel, and grinding using small grits in continuous grinding simultaneously to fit for high speed and high precision machining in industry, coaxial powder feeding laser cladding method with CAD/CAM technology is introduced to manufacture textured CBN/CuSnTi–grinding wheels. The morphology of CBN grit on laser-cladding layer under optimized laser-cladding parameters and a pit created by fallen-off CBN on laser-cladding layer with lower laser–cladding energy density are observed by scanning electron microscope (SEM). The element distributions of interfaces of CBN/CuSnTi/AISI 1045 are analyzed by SEM and energy disperse spectroscope (EDS). The morphology and elements distribution of residual resultants on the surface of CBN grits etched by nitric acid are analyzed by SEM and EDS. Comparative-grinding process between laser cladding–grinding wheel (LCGW) and customized electroplated grinding wheel (EGW) is analyzed with grinding forces and temperature aspects respectively. The wear morphology of CBN grits on LCGW after grinding is observed by SEM. The results show that CBN grit with integrate cutting edges can protrude 50% height of its diameter on laser-cladding layer under optimized laser–cladding parameters. Fe, N, Ti, and B segregates attached to the interfaces of CBN/CuSnTi/AISI 1045 with Cu and Sn distributed uniformly in the laser-cladding layer. Residual resultants on CBN can be divided into two parts based on the distances from the surface of CBN grits. The grinding forces (Fz and Fy) and grinding temperature from LCGW are lower than those from EGW. The wear conditions of CBN on laser cladding are three parts: microfracture, cleavage plane, and wear-out.     

新型陶瓷涂层硬质合金刀具的涂层机理和切削性能

以异丙醇铝为前驱物,将溶胶-凝胶工艺应用于硬质合金刀片涂层,研制成功一种新型的陶瓷涂层刀片,从而为涂层刀具制造展示了一种全新的涂层方法。使用浸渍提拉法对刀具基体进行涂层,然后经凝胶、干燥和1200℃热处理后可以得到厚度适宜的α－Al2O3涂层,涂层完整,无宏观缺陷,并且在初步的切削试验中显示出一定效果。涂层在1140℃左右转化成α－Al2O3,在1200℃烧结致密,而在1250℃以上涂层发生明显收缩,晶粒明显长大,最终的涂层为多晶体结构,涂层界面未生成弱化相,硬质合金中的部分钴元素扩散到涂层中,有助于提高涂层和基体间的粘结强度。切削试验的结果表明,所得涂层能有效地阻止前刀面上的粘结磨损,从而提高了刀具的使用寿命。     

热态内高压成形工艺中粉末传压介质性能研究

为了研究硅微粉和六方氮化硼复合粉的传压性能,利用压力机对不同质量分数的复合粉在不同温度下施加压力,并利用耐高温压力传感器测量了筒壁上分布的压力。实验结果证实,加入的六方氮化硼的质量分数在2%时复合粉的传压效果最佳,同时发现温度对复合粉的传压性能影响不显著,高温下传压性能保持稳定。将该复合粉作为传压介质在500℃下进行了40Cr合金钢管件的热态内高压成形试验,获得了满意的内高压成形件。     

新型高温压力传感器的设计与性能测试

针对高温恶劣环境下对压力参数的测试需求,以单晶蓝宝石为原材料,对无线无源蓝宝石高温压力传感器进行了设计、工艺加工及性能测试.以压力膜片敏感原理为主要根据,结合不同的信号传输与提取方式,首先对LC谐振式的无线无源蓝宝石高温压力传感器进行了设计,然后通过蓝宝石刻蚀、蓝宝石减薄、直接键合等3个关键工艺实现了蓝宝石密封压力腔的...     

用于恶劣环境的耐高温压力传感器

为了解决如高温200℃等恶劣环境下的压力测量问题,基于微机电系统(MEMS)和高能氧离子注入(SIMOX)技术,研制了一种量程为0~120 kPa的压阻式压力传感器。该传感器芯片由硅基底、薄层二氧化硅、惠斯登电桥结构的硼离子注入层、氮化硅应力匹配层、钛-铂-金梁式引线层和由湿法刻蚀形成的空腔组成。在氧剂量1.4×10¹⁸/cm²和注入能量200 keV条件下,由高能氧离子注入技术形成厚度为367 nm的埋层二氧化硅层,从而将上部测量电路层和硅基底隔离开,解决了漏电流问题,使得传感器芯片可以在高温200 ℃以上的环境下使用。为了提高传感器在宽温度范围内的稳定性,对温度补偿工艺进行了研究,补偿后的传感器灵敏度温度系数和零位温度系数很容易控制在1×10^-4/℃·FS。实验标定结果表明:在200 ℃下,研发的耐高温压力传感器具有很好的工作性能,其线性度误差达0.12%FS、重复性误差为0.1%FS、迟滞误差为0.12%FS,精度达0.197%FS,满足油井、风洞、汽车和石化工业等现代工业的应用需求。     

PCBN刀具高速切削抗氢钢HR-2的性能研究

采用不同CBN含量和晶粒结构的PCBN刀具,在不同切削速度下进行了HR-2抗氢钢的高速精密切削试验。通过对PCBN刀具前、后刀面的显微形貌特征进行观测,分析了刀具的失效磨损机理,研究了不同CBN含量及不同切削速度对刀具使用寿命的影响。对刀具磨损的测量结果表明,PCBN刀具高速切削HR-2时,CBN含量高的刀具显示出更长的使用寿命,且在130-200m/min区间为最佳切削速度区域。SEM和EDS分析结果表明,高速精密切削HR-2的磨损机理为氧化磨损、扩散磨损、粘结磨损,同时存在磨粒磨损以及引起的微崩刃现象。