高速鋼刀因具有較好的切削加工性而成為機(jī)械加工行業(yè)中廣泛使用的一種刀具,但在加工一些硬度較高的材料時(shí),切削溫度常常很高(約1000℃左右),而高速鋼退火溫度一般為860~880℃左右,因此會(huì)導(dǎo)致硬度下降而不能滿足加工要求。在切削加工過程中,刀具要承受沖擊、振動(dòng)負(fù)荷,同時(shí)還要受到工件和切屑的強(qiáng)烈摩擦作用,導(dǎo)致高速鋼刀具在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)磨損、卷刃、崩刃或折斷等現(xiàn)象,影響加工精度和生產(chǎn)效率,縮短了刀具的使用壽命,同時(shí)增加了成產(chǎn)成本。
激光熔覆技術(shù)是近幾十年來迅速發(fā)展起來的一種材料表面改性技術(shù),具有對(duì)工作環(huán)境要求低、加工后工件變形小、可獲得高硬度的表面改性層、適合局部區(qū)域和難以接近區(qū)域的加工等許多常規(guī)技術(shù)達(dá)不到的優(yōu)良特性,因此,正被越來越多的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)所重視。通過激光技術(shù)對(duì)刀具表面熔覆一層金屬陶瓷層來改善常規(guī)刀具的性能已經(jīng)得到了一定程度的應(yīng)用。
目前常用的高速鋼刀具一般是整體式,當(dāng)刃帶磨損后就只能報(bào)廢,因此刀具的材料浪費(fèi)較且制造成本高。采用激光熔覆技術(shù)只需在刀具切刃部位通過預(yù)設(shè)熔覆材料來增強(qiáng)刀具的切削刃帶,因熔覆面積小,可節(jié)省貴金屬材料,從而降低了制造成本。同時(shí)熔覆后的刀具切削刃部位具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性而又兼有了基體的強(qiáng)韌性,較好地解決了高速鋼刀具硬度和強(qiáng)韌性的矛盾,提高了高速鋼刀具的切削性能。
激光熔覆加工中,主要的問題是熔覆層容易出現(xiàn)裂紋,其主要機(jī)理是熔覆層冷卻固化收縮時(shí)受到基體的約束而形成內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)局部?jī)?nèi)應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂紋。通過對(duì)高速鋼刀具進(jìn)行預(yù)熱和后熱處理來減少熔覆層與基材間的溫度梯度,以及在合金粉末中加入一些起粘接相作用的成分,如Co、Mo和稀土,Co、Mo的加入可提高合金的潤(rùn)濕性,有利于降低熔覆層在冷凝過程中的熱收縮應(yīng)力;稀土使合金層的組織晶粒細(xì)化、提高韌性,從而減少裂紋的產(chǎn)生。此外,優(yōu)化合金粉末配方與激光工藝參數(shù)已經(jīng)采用納米復(fù)合粉末均可改善熔覆層的性能,減少裂紋傾向。
刀具表面強(qiáng)化處理是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一。將激光熔覆技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和切削加工對(duì)高速刀具的使用要求結(jié)合起來,可使高速鋼刀具擁有耐磨、耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化及較高紅硬性等優(yōu)良的切削加工性能。此外在獲得高性能切削刃的同時(shí)且兼有基體的強(qiáng)韌性,加工中更好地保護(hù)了刀具的切削刃,有效地解決的了高速鋼刀具硬度和韌性的矛盾。在激光熔覆高速鋼刀具的制備中消耗的粉末材料少,降低貴重稀有金屬材料的需求,符合節(jié)能環(huán)保的要求,且工藝過程簡(jiǎn)單、所需設(shè)備少,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。隨著現(xiàn)在切削技術(shù)的不斷發(fā)展,可以預(yù)見激光熔覆技術(shù)將會(huì)對(duì)高速鋼刀具的性能改進(jìn)產(chǎn)生重要影響。