[发明专利]第IVB族元素硼化物基的切削刀具

说明书

本发明涉及第IVB族元素(钛、铪、锆)硼化物基的制品、切削刀具和它们的致密化技术。特别涉及到的是二硼化钛基的切削刀具和它们在加工第IVB族金属及其合金、特别是钛及其合金上的应用。

早在1955年人们就已经认识到“不管使用什么技术，对钛及其合金的切削加工将一直是一个问题”(Siekman，H.J.Tool Engng，Jan.1955，Vol.34.Pages78-82)。

在过去的近四十年中，对大多数工件材料的工业加工技术都得到了显著发展。陶瓷、金属陶瓷和陶瓷涂层刀具得到了开发和商业应用，这大大提高了加工钢、铸铁和高温合金的效率。但是，同一时期，钛合金的加工技术进展缓慢。在大多数钛的加工场合，首先选用的工业化切削刀具材料仍然是高速钢和末涂层的、约含6％(重量)钴的烧结碳化钨材料，如Kennametal K313牌号的硬质合金刀具。使涂层的硬质合金刀具(如牌号Kennamatal、KC720和KC739)来加工钛合金，只获得了有限的改进。使用未涂层的硬质合金刀具来加工钛基金属材料大大限制了加工这些材料的效率的提高，因为在加工钛合金时，未涂层硬质合金在大多数工业应用中被限制在250英尺/分钟的速率以内(参见Dearnley et al.，“Evaluation of PrincialWear Mechanisms of Cemented Carbides and Ceramics used forMachining Titanium Alloy IMI318，″Materials Science andTechnology，January 1986，Vol.2，Pages 47-58；Dearnleyet al.，″Wear Mechanisms of Cemented Carbides andCeramics used for Machining Titanium，″High TechCeramics，ed.by P.Vincenzini，Elsevier Sci.Publ.(1987)Pages 2699-2712；Metals Handbook，Ninth Edition，Vol.16，″Machining，″(1989)，Pages 844-857；Marchadoet al.，″Machining of Titanium and Its Alloys-AReview，″Proc.Instn.Mech.Engrs.，Vol.204(1990)Pages 53-60；and″Kennametal Tools，Tooling Systems andServices for the Global Metalworking Industry，″Catalogue No.A90-41(150)E1，(1991)Page274.

Kennametal、KC、K313、KC720和KC730是Kennametal Inc.(Latrobe，Pennsylvania)切削刀具品牌的商标。

通过使用高压冷却液切削加工系统，用未涂层硬质合金刀具加工钛合金时切削速度可提高到500～1000英尺/分钟(例如，U.S.专利No.4621547)。但这些系统价格昂贵，难以结合到现有加工机器中，并且需要大量维修费。因此，它们在加工钛合金的应用中受到限制。

很显然，为了加工钛基金属材料，人们迫切需要高级的切削刀具材料，和先进的加工方法。

本发明人意外地发现了一种新的加工钛基金属材料的刀具材料，它明显提高了钛的加工效率并且满足了前面所说的人们长期以来的需要。本专利中请人已经发现，使用溢流冷却(flood cooling)加工钛合金时在保持每条切削刃切削大致相同数量金属的前提下，本发明刀具切削金属的速率为使用未涂层碳化物刀具时的二至三倍。结果明显提高了加工效率，并且使得加工一定的钛合金工件所需劳动时间明显降低。这些结果是在使用标准的溢流冷却方法时得到的。因此，本发明进一步的优点在于它不需要使用高压冷却液系统就可获得高的加工速度。

根据本发明的一方面，提供了一种钛合金的切削加工(chipforming machining)(例如，车)方法，根据该方法切削是在溢流冷却时，在速度至少为400，甚至至少为500英尺/分的情况下完成的，刀具的持续工作时间至少为3分钟。