难熔金属和纯金属的削切

        作者:Mark浏览次数: 日期:2011年6月15日 10:43

        摘要:

         

        难熔金属和纯金属的切削加工(上)
        http://gb.chinatungstens.com  发布时间:2011-06-15   来源:
         
         
         
         
         
         
        1.常用难熔金属的力学物理性能有哪些?
         
        工业上常用的高熔点金属统称难熔金属,如钨、钼、钽、铌、锆等。
         
        难熔金属熔点高、密度大,晶体结构稳定,激活能大,切削加工困难。以难熔金属为主,添加其他合金元素构成难熔金属材料。随着科学技术的发展,难熔金属在原子能、宇航、机械、电子、化工、医疗、纺织、轻工等领域得到了越来越广泛的应用。
         
        常用难熔金属中钨的熔点最高(3380℃),密度最大(19.1g/cm³),而钼的弹性模量最大,达到343 350MPa。常用难熔金属的力学物理性能见表10-1。
        难熔金属
        2.常用难熔金属的分类和用途有哪些?
        常用难熔金属中钨的熔点高,密度大,耐蚀性好,在冶金、电子、化工、核工业中常用来制作耐高温零部件,如电极、高温反应堆包套材料、平衡器件、医用X光管钨靶等。
        钨可以制成铸锭,也可以制成烧结制品。钨铸锭扒皮后可轧制成棒材或型材,也可以冷拔成丝;钨的烧结制品常做成高密度合金。
        钼的熔点也很高(2695℃),密度适中,弹性模量极高,热膨胀系数小,导电、导热性好。钼的结合性好,常用于喷涂钢件表面,以减小磨损,提高使用寿命。钼还可以作为真空喷涂电极、真空蒸发金属、真空炉屏蔽板、发热体及高温构件;钼适于制作要求刚性、硬度高的部件,如镗刀杆、研磨轴等。钼的耐蚀性好,常用来制作在熔融锌或锌蒸气中工作的泵、叶轮轴等。钼及其合金有以下五种:
        ①钼含量大于99.9%的纯钼材料。
        ②钼与钛的合金,如Mo—0.5Ti。
        ③TZM(Mo—0.6Ti—0.08Zr)合金。
        ④TZC(Mo—0.5Ti—0.03Zr—0.15C)合金。
        ⑤Mo—30W合金。
        钽的熔点为2980℃,在常用难熔金属中仅次于钨(3380℃),密度为16.67 g/cm³。退火状态下,钽具有良好的塑性,高温下也比较稳定,能吸收并保持住气体。钽耐酸,是生物适合性材料。钽在电子、化工、医疗等行业有较广泛的应用。同时,钽也是制作硬质合金不可缺少的材料。
        在难熔金属中,铌的熔点为2468℃,其强度、硬度低而韧性高,具有良好的冷塑性,切削加工无特殊困难。在钢中加入少量的铌可以提高基体的强度和韧性。铌与碳形成稳定的碳化铌,使晶粒细化,可以提高钢的耐磨性,因此铌常用来制作高性能刀具。
        锆是钛的同族元素,也是同素异构体。862℃以下呈密排六方晶格,是为α锆;862℃以上呈体心立方晶格,是为β锆。锆的熔点为1852℃,但软化温度低。锆的化学活性很强,可与很多元素形成坚固的化合物。锆对杂质的敏感性很强,在加工过程中吸收氧、氮、氢等气体,会严重影响其强度。当温度高于400℃时,锆与氧、氮、水蒸气会产生强烈反应,因此锆的使用温度应低于500℃,最好在400℃以下使用。当氢包含在锆固溶体内时,即使在液氮温度(-196℃)下,锆仍有很大韧性,适宜在低温领域工作。
        锆具有引火性,当锆粉颗粒平均尺寸小于10μm时,弥散悬浮于空气中,常常发生自燃或爆炸。
        3.常用难熔金属的切削加工特点有哪些?
        (1)各种难熔金属铸锭的氧化层坚强而粗糙,使切削过程中冲击和振动增大,刀具容易崩刃破损。
        (2)难熔金属的化学活性较大,亲和力较强,在切削过程中易产生刀——屑粘结,加剧刀具磨损。铌、钽材料的粘刀现象尤为严重。
        (3)钨、钼等难熔金属在室温下呈脆性,其烧结制品在切削时切屑呈粉末状,且硬度很高,刀具磨损严重。
        (4)切削难熔金属时,应加强安全防护措施,防止高温的切屑崩入眼内或内衣中,造成人身伤害。在切削锆时,应充分使用水溶性切削液,以防止锆粉自燃或爆炸。
        难熔金属系列——钨合金
        4.怎样切削加工钨锭与钨棒?
        纯钨的硬度和强度都很高,钨的铸锭在切削加工时,由于晶粒粗大,易产生掉块而使加工表面粗糙。切削钨锭和钨棒可以使用硬质合金作刀具材料,常用的硬质合金牌号有YG6、YG8、YS2(YG10H)、726等。
        用硬质合金切削钨锭或钨棒,可选用45º主偏角,荒车时前角与后角应小些,粗车与半精车时前角、后角适当加大。纯钨性极脆,切削时易崩边或剥落,刀具切入切出时,应减小进给量,以防止刀具破损。钨的切削参数推荐值见表10-2。
        CBN刀具也可以加工纯钨。例如,用DLS—F复合片车削φ10 mm钨棒,在νC=30m/min、f=0.1mm/r、ap=0.1mm;γO=-4º、αO=12º、λO=0º、Κr=90º、rε=0.3mm、倒棱为0.25mm×(-8º)的条件下,当后刀面磨损0.2mm时,切削路程为104 m。而用YG6X刀片,当νC=9.5m/min、后刀面磨损0.2 mm时,切削路程为57.6m。可见,CBN刀具的切削速度为YG6X硬质合金刀具3倍的条件下,耐用度为其2倍。
        虽然CBN刀具硬度高,耐磨性好,但脆性较大,强度和韧性差,不适于冲击大的切削加工。用CBN刀具加工纯钨,可选用较高的切削速度,但切削深度和进给量应小些。
        难熔金属系列——钼板、钼片
        5.怎样切削加工钨合金?
        以钴、镍作粘结剂用粉末冶金法烧结成的钨合金密度大,称为高密度合金,也称高比重合金。这类合金可以通过锻造或热处理来提高其致密度和强度。通常钨合金的抗拉强度为σb>981MPa,硬度为>HRC40。
        钨合金的导热系数比纯钨小,切屑呈颗粒状,刀——屑接触长度短,切削温度很高,容易产生刀瘤和粘结磨损。切削钨合金要求刀具材料导热性好,抗弯强度和韧性较高,红硬性好。推荐选用碳化钨基细晶粒超细晶粒硬质合金,如YDl5、YM051等。
        切削钨合金时,刀具要求锋利,又要保证刃口强度。刀具几何参数可选用:γO=-8º、αO=8º、Κr=75º、rε=0.5mm。切削用量可选用:νC=38m/min,f=0.24mm/r,ap=1mm。切削时不加切削液。
        6.怎样改善钨的切削加工性?
        钨的切削加工性很差,为了提高加工效率和加工质量,可以采取以下方法改善钨的切削加工性:
        (1)钨坯表面有很硬的氧化层,加工时会使刀具磨损加剧或产生“打刀”现象。因此在加工前,可将钨坯进行喷砂处理,去除表面氧化层,减轻刀具磨损。
        (2)金属从塑性到脆性的转变温度称为塑脆性转变温度。纯钨的塑脆性转变温度很高,为改善其切削加工性,可用喷灯将工件加热到200℃以上,再进行切削加工。
        (3)进行渗铜处理,也可改善钨的切削加工性。渗铜后的钝钨车削情况与45号钢相似。
        (4)钨中加入一些氧化锆,其切削加工性也能得到较大的改善。
        难熔金属系列——钼坩埚
        7.怎样切削加工钼及其合金?
        钼呈银灰色,其化学性质与钨近似。钼本身硬度不高(HB35~125),但钼材硬度高,室温下脆性大,当温度达到350℃~450℃时,塑性明显上升,硬度有所下降。
        钼的屈强比大,切削加工硬化倾向严重。钼具有极高的弹性模量(343 350 MPa),切削变形所消耗的功多,切削力大。钼与刀具材料有很强的粘附性,刀具容易产生粘结磨损
        切削钼及其合金时,应选用有足够强度和韧性、抗粘结、耐磨性好的刀具材料,如YW1、YW2等。切削钼铸锭及烧结棒时可选用强度较高的YG6、YG8、YS2(YGl0H)等牌号硬质合金。
         
        切削钼及其合金时,要求在保证刀头强度的条件下,尽可能使切削刃锋利。在选择刀具几何参数时,可采用较大前角、小主偏角、负刃倾角。一般可取:γO=15º~20º,αO=10º~12º,Κr=45º,Κ′r=15º,λs=-5º,γO1=-2º~-5º,bγ=0.1~0.3mm。卷屑槽半径Rn=6~8mm,前后面表面粗糙度Ra≤0.4μm。
        为避免过高的切削温度,以保持一定的刀具耐用度,在切削钼及其合金时,应选用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。参考切削用量为:粗车时:νC=35~75m/min,ap=4~7mm,f=0.2~0.5mm/r;半精车时νC=50~120m/min,ap=0.2~0.4mm,f=0.15~0.4 mm/r。
        切削钼及其合金应注意充分冷却润滑,可用CC14加20号机油的混合液或MoS2作润滑油(脂),但CC14有毒性和腐蚀作用,使用时应采用防护措施。
        8.铌的性能对切削加工有什么要求?怎样进行切削加工?
        铌的强度、硬度低而韧性高,具有良好的冷塑性。在切削加工过程中,随着温度升高,吸收氧氮等气体,对铌的性能产生显著影响。因此,切削加工铌的主要问题是防止切削温度过高,要求采用锋利的刀具、较低的切削速度,并浇注大量的切削液。
        切削铌的刀具材料可采用高速钢或YG8、YW2等硬质合金,但不宜采用含铌的硬质合金作刀具材料。用硬质合金刀具时,刀具的几何参数可选用:γO=20º~25º,αO=10º~15º,Κr=45º,Κ′r=15º,γO1=-5º~0º,bγ=0.1~0.3mm,rε=0.2~0.5mm。卷屑槽半径=4~6mm。精加工时应适当加大前角、主偏角,减小刀尖圆弧半径。切削用量的选择如下:粗加工时νc=45~80m/min,ap=5~8mm,f=0.3~0.5 mm/r;半精加工时νc=60~100m/min,ap≤2mm,f=0.2~0.4mm/r;精加工时νc=70~120m/min,ap=0.1~0.5mm,f=0.1~0.15 mm/r。采用高速钢刀具时,νc≤30m/min,f≤0.3mm/r。
        钽 板
        9.钽的性能对切削加工有什么要求?怎样进行切削加工?
        钽的熔点高、密度大,退火状态下具有良好的塑性,高温时性能也较稳定。
        退火后的钽材软而韧,切削时会产生严重的粘附现象,引起刀具的粘结磨损。特别是切削速度低于20m/min时,粘刀和撕裂现象更为严重。当切削速度高于40m/min时,撕裂现象大为减轻。切削时要求刀具尽可能锋利,切削速度不可太低。一般采用硬质合金作刀具材料,常用的有YG8、YW2等。采用较大前角和主偏角,刀具几何参数为:γO=35º~45º,αO=5º~8º,Κr=90º,Κ′r=5º,γO1=-2º~2º,bγ=0.1~0.3mm,rε=0.2~0.5mm,前后面表面粗糙度Ra< 0.16~0.32μm,以减少摩擦和粘刀现象。
        切削用量的选择如下:粗车时νc=30~70m/min,ap=5~8mm,f=0.2~0.4mm/r;精车、半精车时νc=50~80m/min,ap≤1.5mm,f=0.1~0.3mm/r。切削时应使用冷却与润滑作用兼备的切削液,流量要充足。
        锆锭
        10.锆的性能对切削加工有什么要求?怎样进行切削加工?
        锆的熔点较高,但软化温度低,在发生相变的温度下已显著软化。锆在切削时会产生很多与切削钛及其合金相似的特点,易产生加工硬化,刀一屑易粘结,弹性变形大。锆的韧性好,切屑呈带状,微量切削时易引起燃烧。因此,切削锆时应尽量避免微量切削和防止工件变形。刀具要求锋利并尽量降低刀具表面粗糙度值,并磨出卷屑槽,卷屑槽半径6~10mm,以控制切屑拳曲和折断。
         切削锆及其合金可选用硬质合金或高速钢作刀具材料,常用的硬质合金牌号有YG6、YG8等。车削锆铸锭时,γO=16º~23º,αO=10º~15º,Κr=45º,Κ′r=15º,γO1=-5º~-2º,bγ=0.2~0.5mm,rε=0.2~0.5mm;粗车时νc=90~150m/min,ap=5~8mm,f=0.2~0.5mm/r;半精车时νc=120~200m/min,ap=1~2mm,f=0.3~0.6mm/r。车削锻件时,γO=0º~10º,αO=8º~12º,Κr=45º~75º,Κ′r=15º,γO1=0º~5º,bγ=0.2~0.5mm,rε=0.5~3mm;νc=40~50m/min,ap=3~10mm,f=0.3~1.0mm/r。采用高速钢刀具切削锆及其合金,可适当加大前角,一般取γO=15º~30º
        切削加工锆及其合金,应大量使用水溶性切削液,以控制切削温度,减少加工过程中的加工硬化、粘结、自燃等现象。
        锆及其合金的铣、钻、铰、攻丝可参照钛合金加工。
        纯铜
        11.纯铜有哪些切削加工特点?
        纯铜的含铜量一般在99.5%以上,氧含量小于等于0.1%,无氧铜的氧含量更低(小于0.01%)。纯铜在退火状态下硬度为HB35~45,导热性好,塑性、韧性大,切削加工有以下特点:
        (1)不易断屑,影响切削的顺利进行和切削用量的提高。
        (2)切屑易粘结在刀刃上,影响加工表面质量和刀具耐用度。
        (3)工件表面容易产生水纹状波形,且发出噪声。
        (4)纯铜线膨胀系数大,在切削温度影响下易产生变形,精加工尺寸和几何精度不易控制。
        (5)若以45号钢的切削加工性为100%,则纯铜的相对切削加工性为65%。如果在纯铜中含有硫、硒等易切元素,其切削加工性会有较大的改善。

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        该资讯的关键词为:难熔金属  坩埚  削切      钨钼