[发明专利]一种高温合金加工工具及其应用

说明书

本发明公开了一种高温合金加工工具及其应用，所述工具包括基底，该包含基底按重量百分比计的化学成分：钴(Co)10‑13％、铬(Cr)0.4‑1.3％、碳化钨(WC)84‑89％、稀有金属元素0.2‑1.5％。高温合金加工工具具有优异的切削性能、高温强硬度和高使用寿命。实际切削结果表明具有上述组成的基底比目前已知的高温合金机械加工用切削工具表现好，搭配涂层后在半精加工和精加工方面表现更好。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种高温合金加工工具及其应用。

背景技术

目前，高温合金主要应用于航空航天、航舶等领域；其中常见的镍基合金零部件有航空发动机涡轮盘、叶片等，常见的钛基合金有零部件有Ti5553材质的飞机起落架支柱、TiAl6V4的发动机支架和机翼结构件等。

高温合金具有高温化学活性大、导热系数低、弹性模量低、与其它金属相比摩擦系数大的特点，基于以上特性，高温合金(例如钛合金)切削加工过程中存在切屑的变形系数小、单位面积的切削力大、切削温度高、冷硬、粘结、扩散严重等现象。用于切削的工具容易产生磨料磨损、粘接磨损和扩散磨损。

制作高温合金加工工具采用的材料主要有WC-Co硬度合金、金属陶瓷、PCBN、PCD等。其中WC-Co硬度合金工具在车削和铣削方面得到了广泛的应用，金属陶瓷、PCBN、PCD等工具主要应用于车削精加工。其中，WC-Co硬质合金无涂层工具主要用于钛合金材料的粗加工领域，涂层工具则主要应用于钛合金材料的精加工领域。现今，主流的高温合金加工工具牌号有MS2050、WSM45X、CTC5240等，具体牌号如山高XOEX 10T324R-M06 MS2050、218.20-100ER-ME05 MS2050、Jabro JHP 770，瓦尔特玉米铣刀M3255、整体铣刀Ti40、Ti50等。

如前所述，金属陶瓷、PCBN、PCD等材料因其具备高硬度等特性，被广泛应用于钛合金的连续精车削加工，但其同时存在脆性大的缺陷，导致工况适用能力较差，且不可循环使用。为了降低加工成本，更多以硬质合金为基底的加工工具被应用于高温合金的切削加工领域。

US6575671公开了一种含铬的硬质合金基底，其设有由倾斜面和侧面交叉构成的切削刃，并由如下成分组成：10.4-12.7重量百分比(重量％)的钴，0.2-1.2重量％的铬，以及86.1-89.4重量％的碳化钨。由这种基底制成的刀具需要磨制刃口后才能使用，刀具精度较差，难以适用于高温合金的精加工状况。

为了适应更高的精度要求、满足更长的切削寿命需求，越来越多的涂层被开发，并应用于加工工具，以提高其高温合金加工性能。

EP2201152B1公开了一种特别是用于钛基合金机械加工的切削工具刀片，该刀片包含硬质合金基底和涂层。所述硬质合金基底如下成分组成：4-14重量％的Co，元素Ti、Ta、Nb或Cr中的至少一种，其重量％不超过5，以及余量的WC。所述涂层由一个或多个难熔化合物层构成，其中至少一层包含NbN立方晶体。

CN100525968公开了一种切削工具，包括基底和涂层，所述涂层由一层或多层的难熔化合物层构成，所述难熔化合物层中至少一层包含h-Me1Me2X相，其中，Me为金属元素V、Cr、Nb和Ta中的至少一种，Me2为金属元素Ti、Zr、Hf、Al和Si中的至少一种，X为非金属元素N、C、O或B中的至少一种。

US 5325747公开了一种涂层切削工具刀片，其包含基底和涂层，所述涂层包含至少一个可能具有残余拉应力的CVD层，以及至少一个具有高残余压应力的层。涂层的最外层优选为具有残余压应力的层。基底为具有硬质难熔晶粒的复合物。

CN201380034919公开了一种涂层切削刀片，其包含硬质合金基底和包含NbN层的涂层，其中硬质合金基底包含11-12.5重量％的钴、0.2-1.2重量％的铬和86.3-88.4重量％的碳化钨。