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切削刃不容妥协

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:30:43

新型牌号提升效率和质量
对于切削刀具生产商来说，最神圣的成就莫过于提供更好的刀片牌号，使之能满足客户在更高生产效率、更长切削时间，以及在多种切削条件下具有更佳性能等方面的要求。山特维克可乐满的刀具及材料专家小组为了在这个世界领先的领域取得突破，积极发挥各人所长，创造出新一代的刀片牌号。
新推出的3种牌号GC4225、GC4240和GC1030标志着这一工艺的成功。由于现有的GC4025是世界上迄今为止销量较大的硬质合金牌号，因此任何替代产品都必须能够超越其卓越的性能。经过大量的测试证明，GC4225在一般钢车削应用上比其前身更为优越，并势必对整个钢加工行业提出新的挑战。
新型可乐满刀片牌号能够获得这些性能改善，主要得益于涂层技术和制造工艺上的较新突破。现代涂层技术已经使将不同材料一层层地加在硬质合金刀片上成为可能。只要适当调配好硬质合金刀片的构成、涂层材料、涂层次序，以及选用合适的涂层制造技术，就能大幅度改进性能，并可显著提高金属切削的生产效率，同时无需在刀片的耐磨性能上作出任何让步。
选择合适的涂层技术
目前有两种基本涂层技术可供选择：一种是化学气相沉积法简称CVD，另一种是物理气相沉积法简称PVD。
一般而言，当需要良好的耐磨性时使用CVD；而需要获得较大限度的切削刃边缘韧性时则采用PVD。专家小组面对的一项挑战是，需要开发出一种CVD涂层，使其切削刃边缘韧性和安全性都接近PVD涂层的属性。
现代刀片涂层以诸如MTCVD-TiCN、Al2O3和TiN等材料用作不同的涂层，并与几种中间体薄层作时效处理，以达到良好的附着力及其所需晶体结构。尤其是Al2O3能以多种不同的晶体变性和具有不同属性的晶粒结构存在。在GC4225和GC4240牌号上，则开发出一种针对alpha-Al2O3变性的细晶粒版本。
将来随着性能的提高和应用范围的扩大，预计这些新型刀片牌号将起到十分重要的作用，而它们的涂层是应用山特维克可乐满研发并拥有专利的精密CVD工艺生产的。
CVD工艺在880～l000℃的温度中进行。涂层在反应器中形成，做法是严格控制几种活性气体依次进入反应器，并让硬质合金刀片在反应器中暴露于这些气体中。不同的涂层就这样逐个原子地慢慢形成。在如此高温下，所形成的涂层完全没有应力。但是，由于涂层材料和硬质合金刀片的热膨胀系数不同，因此便开始形成扩张应力，当反应器冷却时逐步在涂层中增大。当温度下降到抗张应力超出涂层材料断裂韧性的水平时，涂层便开始龟裂，于是便形成冷却裂纹。达到室温后，涂层也有了很高的扩展应力，并有一大片颇像河床干旱的冷却裂纹。裂纹和扩张应力降低了CVD涂层刀片的韧性。但是，如果用新近开发成功的后处理方法，则可消除这些不良特征，减低涂层应力并使表面光滑。另外，通过在靠近涂层表面将冷却裂纹闭合，也可在一定程度上使其焊合。
更广泛的应用前景
事实上，CVD技术的较新发展以及山特维克可乐满的较新后处理技术，已经为GC4225用于比P25牌号更为宽广的车削应用前景开辟了不少新机遇。在应用这项技术时，让涂层表面接受强烈的材料冲击，所产生的冲击波穿过涂层，改变晶格的原子距离，并给予所有涂层良好的应力状态，这样就产生厚实的防磨涂层，其刀口边缘韧性可以达到与薄涂层相类似的水平。
在GC4225牌号上，两层TiCN涂层加上Al2O3，提供了主要的性能特征。较厚的TiCN涂层有助于改善两侧抗磨性能，而细晶粒的alpha-Al2O3涂层则有多种功能，包括减低月牙洼磨损，并可作为一道热屏障，保护热敏感的硬质合金材料。与GC4025牌号比较，Al2O3的厚度和种类都经过变性处理，以提高其热屏障功能并进一步改善耐磨性。以前，增加Al2O3涂层厚度意味着降低其韧性，并增加出现涂层分离的风险以及对切削刃边缘造成损坏也就是说，不同属性之间总要作出某种程度的牺牲。应用新的后处理技术，就有可能在切削刃边缘韧性和安全性等方面将CVD涂层的性能提升到能与PVD涂层媲美的水平，使其更适合于断续切削和更高速度的应用场合。另外，在改善其承受机械冲击的韧性的同时，并不会降低其它方面的属性。这样的结果是，新一代刀片牌号的诞生，在性能上没有妥协。
对于新型GC4240牌号而言，在中等温度下生产的薄CVD涂层结合了一种新的硬质合金刀片结构。而硬质合金属于细晶粒，带有一定含量的铬，并比上一代产品具有更高的钴含量。正如GC4225一样，GC4240牌号也作了后处理，从而使产品独特的切削刃边缘韧性和安全性水平都显著高于标准CVD牌号。
在PVD涂层技术上的较新发展已催生了一种专门为韧钢铣削场合而设计的新型铣削牌号——GCl030。山特维克可乐满的研发部门已开发出一种独特的多层次PVD-TiAlN涂层，其新颖的结构达到了耐磨性和切削刃边缘韧性两方面的平衡。
以上提到的各种牌号开发步骤都已得到全面的测试——在实验室以及客户切削应用的实际现场。专家小组对其它刀片牌号也做了类似的研发，旨在进一步更新现有的产品。
原载：Metalworking World

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