超细晶粒硬质合金刀具在加工耐热合金钢中的应用

摘 要 超细晶粒硬质合金是一种高硬度、高强度和高耐磨性兼备的硬质合金，它的WC粒度一般为0.2～1.0m以下，大部分在0.5m以下，是普通硬质合金WC粒度的几分之一到几十分之一，具有硬质合金的高硬度和高速钢的强度。

关键词 超细晶粒 防粘接 延伸应用领域

中图分类号：TG15 文献标识码：A

超细晶粒硬质合金由于晶粒很细，故其刀具刃口可以磨得非常锋利，刃面粗糙度可以很小，因此适合于制造精密刀具，如拉刀、精密滚刀等。

超细晶粒硬质合金由于强度很高，用其制造的刀具可在50-60m/min下的较低速度进行切削（一般的硬质合金刀具在低速切削时粘结磨损大，易崩刃），对于切断和端面切削这些切削速度变化范围很宽的加工是很适宜的。在自动车床上加工时，超细晶粒合金刀具的性能可靠，是目前用于自动车床上较理想的刀具材料。

下面以超细晶粒硬质合金YS2，YM051，YM052等刀具牌号为例，阐述在加工耐热合金钢生产中的一些应用。

YS2硬质合金YS2硬质合金是株洲硬质合金厂生产的一种超细晶粒硬质合金，其性能相当于ISO标准中的K30，它的WC晶粒尺寸小于0.5%em，硬度为91.5HRA，抗弯强度达2200MPa，在800℃时的高温硬度为930HV，比一般YG类硬质合金高出200～300HV。

在加工K3镍基铸造合金的外圆时，在相同切削用量v=5～6m/min，f=0.5mm/r，ap=0.1mm的条件下，YG8的磨损为0.5mm左右，YS2为0.25mm；在后刀面磨损量同为0.3mm时，YS2的刀具耐用度为15min，而YG8或YG8W的刀具耐用度还不到5min。

YM系列硬质合金YM051、YM052、YM053是上海硬质合金厂生产的一种超细晶粒硬质合金，它的WC平均晶粒尺寸为0.4～0.5%em，1%em以下的占95%以上，硬度大于92.5HRA，抗弯强度在1600MPa以上。YM051、YM052的通用性很强，既能加工钢材，又能加工铸铁，对耐热合金钢如铁基、镍基高温合金、钛合金、耐热不锈钢等难加工材料的加工效果尤为显著，YM053则主要用于加工各种铸铁。

在车削GH132铁基耐热合金钢（%o62～%o400mm）端面时，在相同切削用量n1 = 45r/min，ap1=1.Omm，f = 0.15mm/r的条件下，刀具走一刀后的磨损量分别是YM051为0.1mm，YS2为0.21mm，YG8为0.35mm；当n2=60r/min，ap和%o值不变时，则分别为0.1mm，0.25mm，0.27mm。在车削其外圆时，用同一切削用量n=20r/min，ap=0.8，f=0.07mm/r，并在采用切削液的条件下，原来使用的高速钢车刀每刃磨一次只能加工一件，还保证不了锥度；用YG8车刀容易产生崩刀，每次刃磨也只能加工一件；而采用YS2或YM052车刀，每次刃磨后可加工2～3件，并能较好地保证工件的锥度和表面粗糙度。

当粗车合金半钢轧辊（尺寸为%o800？800mm）时，在切削用量v = 17m/min，ap = 16mm（YT5）或20mm（YM052），f = 0.625mm/r（YT5）、1.75mm/r（YM052）的条件下YT5刀具耐用度明显低，只能加工200～300mm，加工效率亦低；YM052能加工500～600mm，加工效率是YT5的2～3倍。

由上可知，超细晶粒硬质合金刀具，由于其晶粒极细，刀刃可以磨得锋利、光洁；同时由于它的强度和硬度都很高，故能长时间保持刀刃有极小的圆弧半径和粗糙度。因此，在加工耐热合金钢时，使用YS2、YM051、YM052、YD05等超细晶粒硬质合金刀具比采用YT、YG、YW三类普通硬质合金刀具有较好的耐热性和（下转第92页）（上接第86页）综合耐磨性能，不仅其刀具耐用度有明显提高，切削效率提高数倍，而且加工工件的表面粗糙度也显著降低。它与立方氮化硼CBN刀具相比，虽然耐磨性稍低一些，但其价格却比CBN低得多，因此，可广泛推广应用。

迄今，世界上已有几十多个超细硬质合金牌号，不过大部商品牌号WC晶粒度都在0.5um以上，WC晶粒度小于0.5umm而达0.3um或以下的仍很少报道。因此，直到现在超细晶粒硬后合金仍硬质合金研制领域中的一个主要方向。

超细硬质合金通常由超细WC粉或WC-Co复合粉末制取。为防止在核结过程中WC晶粒长大，常常使用各种抑制晶粒长大的添加剂。因此，研究攻关内容主要有三个：（1）超细粉末的制取。这是生产超细硬质合金的关键，其方法或工艺有三类：先制取超细钨粉，再碳化成WC粉，钨化合物直接碳化，制成WC-Co复合粉。但其中有些工艺流程长，生产成本高，有些工艺复杂，设备昂贵，有些工业化生产困难。因此需进一步完善或开发新的工艺。（2）WC晶粒长大抑制剂的应用。最好的抑制剂是VC，Cr3C2、TaC。选用哪种抑制剂，要根据需要进行研究。（3）烧结设备的改进和烧结工艺的制定。超细合金对碳缺陷等特别敏感。目前，国外发展了将烧结与热等静压合二为一体的设备，即烧结热等静压装置，来消除这些不利因素。

参考文献

[1] 实用金属切削刀具.机械工业出版社，2009.

[2] 上海市工业学大庆金属切削先进经验交流大会.先进刀具和工夹具选辑.上海科学技术出版社，1978.

[3] 上海理工大学.金属切削原理及刀具. 机械工业出版社，2005.