超细晶粒硬质合金刀具的应用

    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 ～ 1.0 μ m 以下，大部分在 0.5 μ ,m 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。其硬度一般为 90 ～ 93HRA ，抗弯强度为 2000 ～ 3500MPa ，比含钴量相同的一般 WC-Co 硬质合金要高，与加工材料的相互吸附 - 扩散作用较小，特别适用于耐热合金钢、高强度合金钢以及其它难加工材料。  

　　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。  

(1)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 μ m ，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 。  

　　用 YS2 车刀加工耐热不锈钢 Cr17Ni2 时，当以 n=700r/min ， f=0.04min/r ， ap=0.5 ～ 0.6mm 的切削用量镗 f30+0.03mm 孔时，在保证精度及表面粗糙度的条件下，刀具刃磨一次的加工件数为： YT15 为 4 ～ 5 件， YT05 为 29 ～ 50 件，而 YS2 则可加工 90 ～ 140 件。由此可见，超细晶粒硬质合金 YS2 的耐磨性或刀具耐用度要比普通硬质合金高。  

(2)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 μ m ， 1 μ m 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 (f62 ～ f400mm) 端面时，在相同切削用量 n1=45r/min ， ap1=1.0mm ， 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 f 值不变时，则分别为 0.1mm 、 0.25mm 和 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 ( 硬度为 60 ～ 70HS ，尺寸为 f800 × 1800mm) 时，在切削用量 v=17m/min ， ap=16mm(YT5) 或 20mm(YM052) ， f=0.625mm/r(YT5) 或 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 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。