高速鋼刀具的表面塗層是採用物理氣相沉積(PVD)方法，在刀具表面塗覆TiN等硬膜，以提高刀具性能的新工藝。塗層的高速鋼是一種複合材料，基體是強度、韌性較好的高速鋼，而表面層是高硬度、高耐磨性的材料。TiN有較高的熱穩定性，與鋼的摩擦係數較低，而且與高速鋼塗層結合牢固。表面硬度可達2200HV，呈金黃色。
塗層高速鋼刀具切削力、切削溫度約下降25%，切削速度、進給量約提高一倍左右，刀具壽命顯著提高。即使刀具重磨後其性能仍優於普通高速鋼。已在鑽頭、絲錐、成型銑刀、切齒刀具上廣泛套用。除TiN塗層外，新開發的TiC、TiAIN塗層在切削不鏽鋼、鑄鐵時性能更好。
基本介紹
- 中文名：塗層高速鋼
- 外文名：Coated high speed steel
- 表面塗層方法：是採用物理氣相沉積(PVD)方法
- 特點：切削速度、進給量高
- 表面硬度：可達2200HV
- 套用：鑽頭、絲錐、成型銑刀、切齒刀具
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塗層高速鋼性能特點
高速鋼刀具的硬度為62HRC-70HRC(766HV-1037HV)，採用物理氣相沉積法(PVD)塗覆2μm-6μm的TiC或TiN塗層，可使刀具表層硬度提高到2000HV-3200HV(83HRC以上)，超過硬質合金的硬度，使刀具表層的耐熱性達到1000℃以上，切削速度可提高50%~100%，刀具耐用度可提高2倍~10倍。如果塗層後再刃磨前刀面或後刀面後，其刀具耐用度還可以提高2倍左右。塗層高速鋼刀具的切削力可減小20%~40%，切削熱可降低20%，塗層後可減小摩擦和抗磨料磨損與黏結磨損。還可以採用PCVD塗層工藝方法，在高速鋼刀具表面塗金剛石或CBN。因為PCVD工藝塗層溫度高於PVD，低於CVD，並低於高速鋼的回火溫度(5500℃)。
高速鋼刀具的選用
高速鋼刀具在強度、韌性及工藝性等方面具有優良的綜合性能，而且製造工藝較簡單，成本低，易於磨出鋒利的切削刃，對工具機專用性要求不高，因此，在複雜刀具、成形刀具，尤其是孔加工刀具、銑刀、螺紋刀具、拉刀、齒輪刀具等一些刃形複雜刀具製造中，高速鋼仍占據重要地位。高速鋼刀具材料的發展主要表現於兩個方面：一是高性能高速鋼的套用面擴大；從製造複雜刀具擴大到鑽頭、絲錐、立銑刀等通用刀具；二是粉末冶金高速鋼性能進一步提高，性價比提高，使用量也增加，從而使高速鋼刀具在套用領域的切削效率也相應提高。新型高性能高速鋼製成的各種成形拉刀、高速滾刀、剃齒刀、絲錐、立銑刀及滾壓刀具已大量套用於轎車、機車、航空發動機、汽輪機等製造行業，用於各種高強度鋼和鑄鐵、合金結構鋼、耐熱合金鋼、不鏽鋼、整體鋁合金等材料的加工。
選用原則
高速鋼的牌號很多，且各自具有特點及其套用範圍。用它作為刀具材料，應根據加工材料的性能、製造刀具的類型、加工方式和工藝系統剛性等條件合理選擇。其選用原則如下：
1)普通高速鋼價格較低，主要用於加工普通鋼、合金鋼和鑄件。高性能高速鋼主要用於加工不鏽鋼、高強度鋼、耐熱鋼等難加工材料。
2)通用刀具與複雜刀具相比其製造工藝簡單，製造精度也較低。考慮到刀具成本中材料消耗費用所占比例較大，所以常用普通高速鋼製造。數控工具機和自動線上所使用的刀具，要求穩定可靠地切削，以及拉刀、齒輪刀具等複雜刀具的製造精度和技術要求較高，在刀具成本中加工費用所占比例較大，故套用高硬度、高耐磨的高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼製造。
3)含鈷的高性能高速鋼有較高的高溫硬度，在切削條件平穩的情況下，刀具壽命可顯著提高，這類高速鋼的韌性較差，因此，它不適於斷續切削或在工藝系統剛性不足的條件下使用，否則容易打刀或崩刃。
4)高釩高速鋼，因其磨削性能較差，切削刃容易燒傷退火，故不宜用於製造小模數插齒刀、螺紋刀具等複雜刀具。
高速鋼塗層製造刀具優點
1)較高的刀具壽命和切削加工生產率。塗層高速鋼刀具的壽命一般可比未塗層刀具提高2～3倍。例如，塗層鑽頭的壽命可提高3～10倍；塗層絲錐可提高5～10倍；塗層齒輪刀具可提高3～6倍；塗層擠壓模具可提高6～10倍。當刀具的壽命不變時，切削速度可提高20%～30%，甚至1～2倍。此外，塗層高速鋼刀具的進給量可以提高10%～20%，因而切削加工效率一般可提高50%～100%。生產實踐表明，TiN塗層齒輪刀具的切削速度可提高30%～50%，進給量提高10%～20%，並且對刀具的壽命並無多少不利影響。
2)較小的切削力和切削扭矩，較少的刀具破損。用塗層鑽頭和絲錐加工時，由於摩擦因數降低，切屑粘接減少，可使鑽頭軸向力及鑽削或攻螺紋時的轉矩降低20%～40%，大大減少刀具的崩刃現象。
3)較高的加工精度和加工表面質量。用塗層鑽頭鑽孔時，由於積屑瘤得以減少或消除，使得孔徑的擴大量顯著減小，孔的精度得以提高(1～2級)，表面粗糙度可比未塗層鑽頭加工件大約小50%，鑽孔時常常可以省去鉸孔和去毛刺等工序。用塗層鑽頭可加工軟鋼、耐腐蝕的鎳合金、高溫合金等難加工材料。
