一种高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金制造技术

为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种高效切削钛合金Ti‑6Al‑4V的硬质合金。采用TC4棒料、无涂层硬质合金刀具为原料，高效切削钛合金Ti‑6Al‑4V的硬质合金，硬质合金刀具具有比钛合金更好的力学性能。采用硬质合金对钛合金进行切削，具有更高的参数设置的自由度。相比于其他切削工具来讲，硬质合金对刀具的磨损界面较为均匀。所制得的高效切削钛合金Ti‑6Al‑4V的硬质合金，其切削钛合金的界面完整，物相组成更均匀，缺陷较少。本发明专利技术能够为制备高性能的高效切削钛合金Ti‑6Al‑4V的工具提供一种新的生产工艺。

A Cemented Carbide for High Efficiency Cutting Ti-6Al-4V Titanium Alloy

In order to improve the hardness and wear resistance of cemented carbide, a kind of cemented carbide for cutting Ti_6Al_4V with high efficiency was prepared. Using TC4 bar and uncoated cemented carbide tool as raw materials, the cemented carbide cutting tool of Ti 6Al 4V titanium alloy is cut efficiently. The cemented carbide tool has better mechanical properties than that of Ti alloy. Cemented carbide is used to cut titanium alloy, which has higher degree of freedom in setting parameters. Compared with other cutting tools, the wear interface of cemented carbide is more uniform. The obtained cemented carbide for cutting Ti_ 6Al_ 4V efficiently has complete interface, more uniform phase composition and fewer defects. The invention can provide a new production process for preparing high performance and efficient cutting tool for Ti 6Al 4V titanium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金。
技术介绍
硬质合金通常由难熔金属的硬质化合物(WC)和粘接金属(Co)组成，通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。WC-Co硬质合金具有较高强度、抗冲击性以及较好的耐磨性，因此在刀具、耐磨零件、冷成型工具等领域具有广泛应用。近些年来，人们不断地致力于改善硬质合金的综合性能，研制了超细/纳米晶硬质合金，以及高温中粗晶粒硬质合金、板状晶硬质合金等，然而，依用途研究或开发高性能材料是硬质合金领域的研究热点装备制造业作为国家基础性和支柱性产业，其中的高效切削加工占重要地位，而高性能刀具材料是实现高效切削加工的基础。Ti-6Al-4V是钛合金牌号TC4的名义化学成分表示方法。参考标准：《GB/T3620.1-2007钛及钛合金牌号和化学成分》。主要成分：Al：5.5%-6.75%，V：3.5%-4.5%，余量为Ti。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的制备原料包括：直径为150mm的TC4棒料，无涂层硬质合金刀具。高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的制备步骤为：车床的参数设置为：刀具主偏角75°、前角15°、后角11°。然后采用TC4棒料对无涂层硬质合金刀具进行切削。高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的检测步骤为：刀具磨损VB值和刃口微观结构采用CCD观测系统分析，磨损形态采用带有能谱分析的扫描电镜观测，温度采用红外热像仪，切削力采用Kistler9257B测量。所述的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金，切削速度是影响刀具磨损和刀具使用寿命的主要因素。切削速度决定了切削过程中切削温度的变化，若切削速度增加，则切削温度上升，而在刀具切削的过程中，热应力主要集中于刀尖部分。所述的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金，切削过程中的摩擦行为也是影响刀具使用寿命的主要因素。刀尖部分是摩擦比较剧烈的区域，受到的摩擦剪切也最严重。所述的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金，硬质合金刀具具有比钛合金更好的力学性能。采用硬质合金对钛合金进行切削，具有更高的参数设置的自由度。相比于其他切削工具来讲，硬质合金对刀具的磨损界面较为均匀。本专利技术的有益效果是：采用TC4棒料、无涂层硬质合金刀具为原料，对钛合金进行切削成功制备了具有优异力学性能的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金。其中，切削速度和切削过程中的摩擦行为是影响刀具使用寿命的主要因素。所制得的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金，其切削钛合金的界面完整，物相组成更均匀，缺陷较少。本专利技术能够为制备高性能的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的工具提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的制备原料包括：直径为145mm的TC4棒料，无涂层硬质合金刀具。高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的制备步骤为：车床的参数设置为：刀具主偏角69°、前角14°、后角9°。然后采用TC4棒料对无涂层硬质合金刀具进行切削。高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的检测步骤为：刀具磨损VB值和刃口微观结构采用CCD观测系统分析，温度采用红外热像仪，磨损形态采用带有能谱分析的扫描电镜观测，切削力采用Kistler9257B测量。实施案例2：前刀面上A点处的元素分布状态，在A点处发现了Ti、V、Al元素，切屑材料中的元素扩散到了刀具表面。在接触界面上也发现了Ti元素，而粘结物上含有C和Co元素，这进一步说明了刀具与工件材料之间发生了元素扩散。在刀具前刀面上发现了O元素，在高温下，空气中的氧与刀具材料中的C、WC、TiC等发生化学反应，生成氧化物。随着切削的不断进行，这些氧化物发生脱落时，就会造成刀具的氧化磨损。实施案例3：在切削Ti6Al4V过程中，扩散不仅仅是在工件材料中的原子向刀具的直接转移，发生扩散以后，刀具表层内的组织和结构就会发生改变，引起刀具表层材料发生脆化或软化，进一步加剧工件材料与刀具材料的亲和力。扩散发生引起的刀具材料削弱，导致刀具材料在切削过程中容易被剪切掉，造成了刀具的扩散磨损，并被切屑和工件材料带走。实施案例4：钛合金切削时切削温度较高，在38m/min时，切削温度高于825℃，并且v对切削温度影响显著。随着v增加，刀－屑之间摩擦剧烈，会产生大量的摩擦热，由于钛合金导热性差，所产生的切削热并不能很快被切屑带走，集聚在切削区域，进而导致切削温度上升。钛合金切削过程中，切削热主要集中在刀刃附近的区域。刀尖部位是力和高温主要集中区。最高温度并位于刀尖靠前刀面的位置，并且在刀尖附近区域，与后刀面相比，前刀面上温度变化更为急剧。实施案例5：前刀面上Ti元素的含量明显高于后刀面，Al元素含量也比后刀面上稍高一些。这主要是因为刀－屑摩擦作用下使得前刀面的切削温度较高，进而使得前刀面扩散现象较为严重。在切削钛合金Ti6Al4V过程中，扩散磨损的程度除了决定于刀具和工件材料的性能和切削温度以外，接触区较高的压力，接触表面层产生过大的塑性变形是导致刀－屑/工件接触区扩散加剧的原因之一。在接触区，刀－工件接触面上靠近刀尖处是压力最大的位置，而且要远远大于在靠近刀尖处的刀－屑接触面。这主要是由于钛合金弹性模量小，导致较大的加工回弹，进而造成刀具的后刀面与已加工表面之间的摩擦较为剧烈。实施案例6：Ti－6Al－4V属于α－β型钛合金，当温度为886℃时，α－钛向β－钛转变，并且W元素在β－Ti中是无限固溶的。在固态，也只有一种共析转变发生:β→α+β2，共析温度为723℃，其共析点处的固溶度大约为26.5%，β2相是以W元素为基的固溶体。在725℃，W元素在α钛中的固溶度达到最大值，为0.75%。而在1020℃，Co在β－钛中的固溶度达到最大，为16.5%。Co在α－钛中的最大固溶度出现在675℃，为1.05%。当切削温度升高到一定值时，就会引起钛合金发生相变。α－相逐渐减少，而β－相逐渐增多，进而促进Co和W元素在钛合金中的溶解度增加，进一步加速钛合金工件与硬质合金刀具材料之间扩散。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效切削钛合金Ti‑6Al‑4V的硬质合金的制备原料包括：直径为150mm的TC4棒料，无涂层硬质合金刀具。

【技术特征摘要】
1.一种高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的制备原料包括：直径为150mm的TC4棒料，无涂层硬质合金刀具。2.根据权利要求1所述的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金，其特征是高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的制备步骤为：车床的参数设置为：刀具主偏角75°、前角15°、后角11°，然后采用TC4棒料对无涂层硬质合金刀具进行切削。3.根据权利要求1所述的高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金，其特征是高效切削钛合金Ti-6Al-4V的硬质合金的检测步骤为：刀具磨损VB值和刃口微观结构采用CCD观测系统分析，磨损形态采用带有能谱分析的扫描电镜观测，温度采用红外热像仪，切削力采用Kistler9257B测量。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺霖，
申请(专利权)人：王艺霖，
类型：发明
国别省市：辽宁,21