高速钢刀具拥有较好的切削加工性能,在机械加工行业中得到广泛应用。高速钢退火温度一般为860~880℃,在加工一些硬度较高的材料时,切削温度往往达到1000℃,会出现刀具硬度下降而不能满足加工要求的状况。在切削加工过程中,刀具要承受冲击、振动负荷和强烈摩擦,导致高速钢刀具在使用过程中经常出现磨损、卷刃、崩刃或折断等现象。目前常用的高速钢刀具一般是整体式,当刃带磨损后只能报废,增加了使用成本。
刀具表面强化处理是提高刀具耐磨性及其使用寿命的重要途径之一。激光熔覆技术是近年来迅速发展起来的一种材料表面改性技术,可获得高硬度的表面改性涂层,对工作环境要求低、工件加工后变形小,适合局部区域和复杂区域,具有常规技术达不到的优良特性。
经激光熔覆后的刀具切削刃部位具有较高的强度、硬度和耐磨性,并保持了基体的强韧性,较好地解决了高速钢刀具硬度和强韧性的矛盾,提高了高速钢刀具的切削性能。
激光熔覆高速钢刀具制备工艺过程中,应特别注意:避免熔覆层出现裂纹。裂纹产生的主要机理是熔覆层冷却固化收缩时受到基体的约束而形成内应力,当局部内应力超过材料的强度极限时,就会产生裂纹。通过对高速钢刀具进行热处理来减少熔覆层与基材间的温度梯度。在合金粉末中加入一些起粘接作用的成分,如Co、Mo和稀土。Co、Mo的加入可提高合金的润湿性,有利于降低熔覆层在冷凝过程中的热收缩应力。稀土使合金层韧性提高,组织晶粒细化,从而减少裂纹的产生。此外,优化合金粉末配方与激光工艺参数均可改善熔覆层的性能,减少裂纹产生。
在激光熔覆高速钢刀具的制备中,粉末材料消耗少,对稀有金属材料的需求较低,符合节能环保的要求。随着科技的不断发展,可以预见激光熔覆技术将会对高速钢刀具的性能改进产生重要影响。