祁志旭，陳興媚

廣東理工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化系，廣東 肇慶 526114

硬質(zhì)合金是由高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物(WC，TiC和TaC等)作為硬質(zhì)相和鈷、鎳、鉬等作為粘結(jié)相，通過(guò)粉末冶金法制備的一種金屬制品[1]．其本身具有較高的硬度和耐磨性，而相對(duì)于超硬材料而言又具有良好的韌性，可用于制造切削刀具，在發(fā)達(dá)國(guó)家90%以上的車(chē)刀和55%以上的銑刀都是采用硬質(zhì)合金制造[2]．但一般的硬質(zhì)合金刀具在加工高比強(qiáng)度或新型材料(纖維/顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、陶瓷、有色金屬等)時(shí)難免會(huì)造成刀具的過(guò)度磨損甚至損壞．因此需要不斷提高硬質(zhì)合金刀具的性能，使其能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、高效和長(zhǎng)時(shí)間的加工需求．截止目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針從硬質(zhì)合金的材料設(shè)計(jì)、強(qiáng)化方式和熱處理等方面展開(kāi)了大量的研究工作并取得了創(chuàng)新性成果．

簡(jiǎn)單介紹了硬質(zhì)合金刀具的特點(diǎn)和分類(lèi)，對(duì)硬質(zhì)合金刀具的材料優(yōu)化、涂層設(shè)計(jì)、深冷處理的研究狀況進(jìn)行了綜述，并對(duì)硬質(zhì)合金刀具的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望．

1 刀具類(lèi)型及適用場(chǎng)合

刀具的選用是由不同的加工條件所決定，根據(jù)GB/T2075-2007標(biāo)準(zhǔn)中按刀具材料的類(lèi)型可分為硬質(zhì)合金、金剛石、陶瓷、氮化硼四類(lèi)，依據(jù)被加工材料類(lèi)型，相對(duì)應(yīng)的刀具材料可分為P類(lèi)、M類(lèi)、K類(lèi)、N類(lèi)、S類(lèi)和H類(lèi)六大類(lèi)，其中P，M和K三種類(lèi)型類(lèi)分別對(duì)應(yīng)不同材料的硬質(zhì)合金刀具[3-4]．

硬質(zhì)合金刀具還可根據(jù)切削材料的特性大致進(jìn)行以下的選用分析，如表1所示[4]．

2 硬質(zhì)合金刀具性能研究現(xiàn)狀

2.1 硬質(zhì)合金刀具材料研究現(xiàn)狀

在切削加工過(guò)程中根據(jù)被加工材料的切削特性去選擇不同材料的硬質(zhì)合金刀具，為了刀具能夠滿(mǎn)足較大范圍的加工條件，眾多學(xué)者對(duì)硬質(zhì)合金刀具材料展開(kāi)了大量的研究．

2.1.1 硬質(zhì)合金刀具材料的晶粒細(xì)化

硬質(zhì)合金刀具材料的硬質(zhì)相晶粒尺寸減小能夠增大硬質(zhì)相間表面積和晶粒間結(jié)合力，可提高材料的韌性、硬度和耐磨性，同時(shí)也會(huì)降低完全致密化所需的溫度[2]．根據(jù)硬質(zhì)相平均晶粒的尺寸不同，分類(lèi)可如表2所示[5]．

表1 硬質(zhì)合金刀具材料選用分析

表2 硬質(zhì)合金晶粒尺寸分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金晶粒一般在0.5 μm以下，相比于普通合金其硬度和抗彎強(qiáng)度均有明顯提升，刀具的耐用度也能提高3～10倍，并且能夠顯著改善材料的熱震性和抗氧化性[2,6]．同時(shí)，超細(xì)晶硬質(zhì)合金較多的應(yīng)用于制作精密刀具、小尺寸刀具等，其壽命為高速鋼刀具的10～40倍．由于超細(xì)晶硬質(zhì)合金材料的刀具與加工材料之間的相互吸附-擴(kuò)散作用小，其在難加工材料、精密零件加工、醫(yī)學(xué)器械等領(lǐng)域也有較為廣泛的應(yīng)用[6-7]．

目前，研究者對(duì)于硬質(zhì)合金晶粒細(xì)化的研究主要集中在抑晶機(jī)理和燒結(jié)工藝兩個(gè)方面．硬質(zhì)合金在燒結(jié)過(guò)程中納米晶粒容易長(zhǎng)成粗大晶粒，直接導(dǎo)致材料性能的降低．為了抑制納米晶在燒結(jié)過(guò)程中的長(zhǎng)大，一般會(huì)在硬質(zhì)合金粉末中添加抑制劑(VC，Cr3C2及TaC等)[8]．目前，對(duì)于抑制劑的抑晶機(jī)理普遍認(rèn)為有三種：偏析機(jī)理，抑制劑阻礙WC晶界遷移，同時(shí)抑制了液相中的鎢原子在碳化物表面的析出，從而控制WC晶粒的長(zhǎng)大；吸附機(jī)理，抑制劑吸附在WC顆粒表面，降低WC在液相的溶解度，能夠有效抑制WC晶粒的連續(xù)長(zhǎng)大；溶解度機(jī)理，抑制劑占據(jù)了WC在液相Co中的溶解空間，從而抑制WC通過(guò)液相再結(jié)晶長(zhǎng)大．[9]張雪輝等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨抑制劑Cr3C2的增加，WC-0.6%Co合金斷裂韌性呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，其最佳含量在0.45%．而在硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度方面孫文文等人[11]發(fā)現(xiàn)，隨著Cr3C2含量的增加，WC-8%Co合金抗彎強(qiáng)度先增強(qiáng)后降低，當(dāng)含量在0.1%時(shí)抗彎強(qiáng)度達(dá)到峰值．也有研究表明[12]，當(dāng)抑制劑TaC的含量超過(guò)在液相Co中的飽和固溶度時(shí)會(huì)導(dǎo)致合金的抗彎強(qiáng)度下降，含量低于0.5%時(shí)，TaC溶解于液相Co中，對(duì)WC晶粒長(zhǎng)大有明顯的抑制作用，能夠起到良好的晶粒細(xì)化的作用，細(xì)化后的晶粒約為0.5 μm．現(xiàn)在普遍認(rèn)為在超細(xì)硬質(zhì)合金粉末中添加抑制劑很難制備出晶粒小于0.2 μm的超細(xì)硬質(zhì)合金制品，必須結(jié)合一定的燒結(jié)工藝才有可能實(shí)現(xiàn)[9]．

燒結(jié)工藝也是控制硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大的有效方法，可通過(guò)改變合金的內(nèi)外受熱方式、燒結(jié)時(shí)間、保溫時(shí)間等來(lái)降低WC晶粒的長(zhǎng)大速度和時(shí)間．普通的燒結(jié)工藝一般有真空燒結(jié)法、低壓燒結(jié)法、真空燒結(jié)+熱等靜壓熱處理法等，隨著技術(shù)的發(fā)展也有一些新的燒結(jié)方式去獲得更加細(xì)小均勻的WC晶粒，如微波燒結(jié)法、等離子放電燒結(jié)、激光燒結(jié)等[9]，其中微波燒結(jié)法能夠獲得比熱等靜壓法更為均勻細(xì)小的WC晶粒組織[13]．在超細(xì)晶合金燒結(jié)過(guò)程中與普通硬質(zhì)合金燒結(jié)存在較大差別，研究表明，超細(xì)晶合金出現(xiàn)液相溫度和收縮溫度均比普通硬質(zhì)合金的溫度低[9]．

2.1.2 硬質(zhì)合金刀具材料的粘結(jié)相

硬質(zhì)合金的性能也受粘結(jié)相特性的影響，按粘結(jié)相的有無(wú)，硬質(zhì)合金可分為無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金和有粘結(jié)相硬質(zhì)合金[14]．無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和抗腐蝕能力等都要高于一般的傳統(tǒng)硬質(zhì)合金，但是無(wú)粘結(jié)相的硬質(zhì)合金對(duì)碳含量極為敏感，同時(shí)也很難實(shí)現(xiàn)致密燒結(jié)．TSAL等人[15]曾燒結(jié)出相對(duì)密度達(dá)到95.1%的純WC硬質(zhì)合金，但是其韌性低于傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金．無(wú)粘結(jié)相的硬質(zhì)合金因其性能的局限性，使其在切削領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的限制．對(duì)于硬質(zhì)合金刀具材料，一般會(huì)在硬質(zhì)合金粉末中添加粘結(jié)相，以提升合金的燒結(jié)致密度和綜合力學(xué)性能．因此，合理添加粘結(jié)相也成為了硬質(zhì)合金材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)．合金粘結(jié)相一般有鈷基粘結(jié)相、鎳基粘結(jié)相、鐵基粘結(jié)相、金屬間化合物和高熵合金等[7,14]．

粘結(jié)相的不同所提升的硬質(zhì)合金的性能也會(huì)有所差別，鈷基合金作為粘結(jié)相一般是為了降低硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度，促進(jìn)合金燒結(jié)的致密化．陳宇等人[16]以不同類(lèi)型的鈷基合金作為粘結(jié)相，制備了WC-10Co硬質(zhì)合金，其開(kāi)始液相的溫度為1280 ℃，低于WC-Co的共晶溫度，平均顆粒尺寸維持在0.4～0.5 μm．目前，鈷基粘結(jié)相硬質(zhì)合金仍然是金屬切削領(lǐng)域常用的刀具材料．

鎳對(duì)WC具有良好的潤(rùn)濕效果，并且鎳基合金具有較好的抗氧化和抗腐蝕性能，所以有研究者用鎳基合金取代鈷基合金作為硬質(zhì)合金燒結(jié)的粘結(jié)相．而鎳基合金本身的機(jī)械性能與鈷基合金相比存在一定的差距，故一般情況下會(huì)在合金粉末中添加一些抑制劑來(lái)提升硬質(zhì)合金的力學(xué)性能，有研究表明在WC-Ni硬質(zhì)合金中添加SiC-La2O3能夠制備出相對(duì)密度高達(dá)99.75% 的WC-10Ni-0.5SiC-0.5La2O3硬質(zhì)合金，其斷裂韌性及抗彎強(qiáng)度分別能夠達(dá)到16.19 MPa/m2和1829.3 MPa．但是由于其硬度和機(jī)械性能較傳統(tǒng)硬質(zhì)合金差，鎳基粘結(jié)相硬質(zhì)合金在切削加工領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的限制[8]．

雖然純鐵因其潤(rùn)濕性較差不適宜作為硬質(zhì)合金的粘結(jié)相，但是一般在其他粘結(jié)相中添加鐵元素可以明顯提升硬質(zhì)合金的性能．余金川等人[17]制備了WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co硬質(zhì)合金，并將其與傳統(tǒng)WC-20Co硬質(zhì)合金性能做比較，制備的硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度均比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金高，且相對(duì)密度均達(dá)到99%以上，其中WC-13Fe-3Ni-4Co合金的維氏硬度及抗彎強(qiáng)度最高，分別為1066.3 MPa和2880 MPa．Gao等人[18]制備了WC-20(Fe-Co-Ni)硬質(zhì)合金，其平均晶粒尺寸及孔隙率分別能夠達(dá)到1.37 μm和0.41%，抗彎強(qiáng)度和硬度分別達(dá)到2896 MPa和935 MPa．由于鐵基粘結(jié)劑硬質(zhì)合金的硬度普遍較低，一定程度上也限制了其在金屬切削刀具材料領(lǐng)域的應(yīng)用，一般應(yīng)用于制作木材切割刀具或耐磨件[5]．

為了適應(yīng)鈦合金、不銹鋼等難加工材料的切削，研究者通常會(huì)以金屬間化合物作粘結(jié)相去制備切削時(shí)機(jī)械性能更為優(yōu)越的硬質(zhì)合金刀具材料．徐晅等人[19]制備了一種WC-10Ni3Al硬質(zhì)合金，成功解決了粘結(jié)相元素?cái)U(kuò)散問(wèn)題，進(jìn)一步解決了不銹鋼高溫難加工的問(wèn)題．同時(shí)，Ni3Al粘結(jié)相硬質(zhì)合金在切削鈦合金材料上也表現(xiàn)出了優(yōu)異的切削特性．

近幾年也有研究表明，高熵合金作為硬質(zhì)合金粘結(jié)劑可以有效解決硬質(zhì)合金硬度和韌性無(wú)法兼顧，抗腐蝕和抗氧化等問(wèn)題．Chen等人[20]以Al0.5CoCrFeNi合金為粘結(jié)相制備了一種新型WC基硬質(zhì)合金，并與普通硬質(zhì)合金基本性能進(jìn)行對(duì)比，新型硬質(zhì)合金表現(xiàn)出較為優(yōu)異的斷裂韌性，如表3所示．Zhou等人[21]研究了添加不同類(lèi)型的高熵合金對(duì)WC基硬質(zhì)合金的性能的影響(表4)，結(jié)果表明以高熵合金為粘結(jié)相的硬質(zhì)合金均表現(xiàn)出了比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金較為優(yōu)異的性能．但也有研究表明一些高熵合金的引入會(huì)產(chǎn)生缺碳相，破環(huán)合金的綜合力學(xué)性能．高熵合金作為粘結(jié)相制備硬質(zhì)合金仍需要大量的研究，以形成完整的理論體系．

表3 WC-Co硬質(zhì)合金與WC-Al0.5CoCrFeNi合金性能對(duì)比

表4 硬質(zhì)合金樣品性能對(duì)比

2.1.3 硬質(zhì)合金刀具材料的其他添加劑

硬質(zhì)合金的性能提升不僅可以從基體晶粒尺寸和合金粘結(jié)相方面入手，還可以在硬質(zhì)合金中引入其他添加劑以制備性能更加優(yōu)越的新型硬質(zhì)合金．研究發(fā)現(xiàn)，在硬質(zhì)合金粉末中添加石墨烯能夠明顯改善合金的斷裂強(qiáng)度和耐磨性，周小蓉等人[22]制備了石墨烯含量為2%的新型硬質(zhì)合金刀具材料，其斷裂強(qiáng)度和磨損體積與WC-6Co硬質(zhì)合金刀具材料相比分別提升了143%和減小了71%．同樣，何耿煌[23]通過(guò)在WC-Co硬質(zhì)合金中添加不同含量和類(lèi)型的碳化物，研究了碳化物添加對(duì)WC-Co硬質(zhì)合金性能的影響，結(jié)果表明碳化物能夠減小WC-Co的摩擦系數(shù)，弱化C元素的析出，提升刀具的耐磨性．也有一些研究表明，利用稀土元素能夠改善WC與Co之間的界面潤(rùn)濕性，提高硬質(zhì)合金晶界強(qiáng)度，從而提高合金的斷裂強(qiáng)度和韌性[24]．劉娟等人[25]在硬質(zhì)合金中添加0.1%的RE稀土，發(fā)現(xiàn)添加稀土后的硬質(zhì)合金的斷裂強(qiáng)度比原硬質(zhì)合金高17.5%．

2.2 硬質(zhì)合金刀具涂層發(fā)展

2.2.1 硬質(zhì)合金刀具涂層的制備技術(shù)發(fā)展

在提升硬質(zhì)合金刀具性能方面，研究者們從刀具表面改性技術(shù)方面也展開(kāi)了大量的研究，對(duì)刀具表面技術(shù)的改性實(shí)際上就是刀具涂層的制備，近30年發(fā)展的硬質(zhì)合金涂層技術(shù)極大促進(jìn)了刀具行業(yè)的蓬勃發(fā)展．目前，廣泛應(yīng)用的硬質(zhì)合金刀具涂層制備技術(shù)主要是化學(xué)氣相沉積法(CVD)和物理氣相沉積法(PVD)，也有一些其他方法如激光技術(shù)、離子束輔助沉淀法和溶膠-凝膠法等，其中CVD法和PVD法比較容易實(shí)現(xiàn)批量化的生產(chǎn)要求，而激光制備技術(shù)可用于制造精密刀具的涂層并可實(shí)現(xiàn)涂層的組織致密化、制備技術(shù)的智能化、生產(chǎn)無(wú)污染的技術(shù)要求，離子束輔助沉淀法可在低溫環(huán)境下工作且制備的刀具涂層結(jié)合度較高，溶膠-凝膠法可制備刀具軟涂層，但工藝相對(duì)較為復(fù)雜且生產(chǎn)成本較高[26]．

2.2.2 硬質(zhì)合金刀具涂層材料的多元化發(fā)展

最初應(yīng)用于刀具涂層的材料為二元材料TiN，它能夠保持刀具抗彎強(qiáng)度的同時(shí)大幅度提升刀具的硬度，但隨著切削溫度的升高，涂層材料會(huì)被迅速氧化，涂層刀具壽命不能得到有效保證．為了解決這一問(wèn)題，往往會(huì)以TiN涂層為基礎(chǔ)再鍍?nèi)肫渌鼗蚧衔镆灾苽涠嘣繉硬牧希醒芯勘砻?，多元涂層刀具的性能能夠明顯超越單元或二元涂層刀具，如TiCN多元涂層刀具，既能維持TiC涂層刀具的韌性又能達(dá)到TiN涂層刀具的硬度，同時(shí)耐用度也是TiN涂層刀具的3倍左右[27]．隨著刀具多元涂層的持續(xù)研究，也出現(xiàn)了如TiZrCN，TiAlCN和TiAlN等許多性能優(yōu)異的其他多元涂層．

2.2.3 硬質(zhì)合金刀具涂層結(jié)構(gòu)的多層次發(fā)展

在硬質(zhì)合金刀具涂層技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，為了充分利用單元或多元涂層的優(yōu)異特性，避免單元或多元涂層的弊端，會(huì)對(duì)刀具涂層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，一般采用多層涂層技術(shù)和梯度涂層技術(shù)．

多層涂層設(shè)計(jì)一般可應(yīng)用于解決單層涂層與硬質(zhì)合金刀具基體結(jié)合性較差或同種涂層多層沉積以提高刀具切削性能等問(wèn)題，如比較常見(jiàn)的TiN-AlN多層涂層既能保持與硬質(zhì)合金基體良好的結(jié)合性又能擁有TiN和AlN單層涂層的高熔點(diǎn)和高硬度的特性．日本住友在鉆頭上沉積1000層的TiN-AlN超薄涂層，大幅度提升了刀具的壽命、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性[27]．費(fèi)加喜等人[28]制備了AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN 納米多層涂層，其硬度和膜基結(jié)合力均高于單層涂層，并且具有較低的磨損率和更長(zhǎng)的切削壽命．

梯度涂層是通過(guò)控制合金靶材先后引入的順序制備不同梯度變化的涂層，一般用于解決涂層與硬質(zhì)合金基體、涂層與涂層之間的結(jié)合力不理想等問(wèn)題．顏培[29]在對(duì)硬質(zhì)合金刀具梯度涂層的研究過(guò)程中設(shè)計(jì)了四種不同梯度結(jié)構(gòu)的涂層刀具，并對(duì)刀具的切削性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)果表明四種刀具前、后刀面的磨損量均大于未涂層的硬質(zhì)合金YT15刀具．

2.2.4 硬質(zhì)合金刀具的超硬涂層發(fā)展

為適應(yīng)難加工材料的極端切削條件，硬質(zhì)合金的涂層材料領(lǐng)域也在超硬涂層方面展開(kāi)了大量的研究，現(xiàn)階段硬質(zhì)合金刀具超硬涂層材料的主要有金剛石涂層、立方氮化硼涂層和類(lèi)金剛石涂層等．

在硬質(zhì)合金刀具領(lǐng)域金剛石涂層有較為成熟的應(yīng)用，但為了防止高溫時(shí)C原子向切削工件擴(kuò)散導(dǎo)致刀具失效，金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具一般用于加工非鐵、鋼等黑色金屬材料．H. Sein等人[30]采用HFCVD法制備了金剛石涂層硬質(zhì)合金鉆頭，并與未涂層的刀具進(jìn)行了鉆削實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明涂層鉆頭的磨損量較?。邙櫨齕31]使用制備的硬質(zhì)合金金剛石涂層銑刀，進(jìn)行切削鋁合金試驗(yàn)，結(jié)果表明，金剛石涂層銑刀加工的鋁合金表面質(zhì)量更高，且未出現(xiàn)“粘刀”現(xiàn)象．

立方氮化硼(cBN)涂層是一種新型的超硬涂層，具有良好的熱穩(wěn)定性和耐磨性，被廣泛應(yīng)用于高速鋼、高溫合金等難加工鋼鐵材料的切削加工．自1979年Sokolowski等人[32]成功合成立方氮化硼薄膜以來(lái)，立方氮化硼涂層的研究一直備受關(guān)注．Uhlmann[33]通過(guò) PVD 方法在刀具的TiAlN 涂層表面沉積了厚2 μm的立方氮化硼涂層，并與未沉積立方氮化硼涂層的刀具進(jìn)行高溫合金(Inconel 718( HRC43))試切試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明立方氮化硼涂層刀具耐磨性明顯優(yōu)于TiAlN 涂層刀具．Chong等人[34]在高襯底溫度和低襯底偏壓作用下，利用F元素對(duì)非立方相進(jìn)行選擇性蝕刻，實(shí)現(xiàn)立方氮化硼在納米金剛石膜上的外延生長(zhǎng)，成功制備了厚度為2 μm的高質(zhì)量立方氮化硼涂層．

類(lèi)金剛石(DLC)是一種性質(zhì)介于金剛石和石墨之間的亞穩(wěn)態(tài)非晶碳，一般可分為含氫碳膜和不含氫碳膜兩類(lèi)．類(lèi)金剛石優(yōu)異的耐腐蝕、低摩擦系數(shù)和高硬度使其在刀具涂層方面也有較為廣泛的應(yīng)用．趙杰[35]在硬質(zhì)合金刀具表面利用陰極電弧離子鍍技術(shù)制備了厚度2 μm類(lèi)金剛石涂層，實(shí)驗(yàn)測(cè)得膜基結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到HF-1級(jí)，硬度為HV3000，且涂層刀具的切削力明顯低于未涂層刀具，壽命也有顯著提高．周洋[36]以不同的金屬作為過(guò)渡層元素，在YT15刀具表面制備類(lèi)金剛石涂層，并研究了其微觀結(jié)構(gòu)及物理性能，結(jié)果表明過(guò)渡層對(duì)類(lèi)金剛石涂層自身的改性作用有限，但對(duì)類(lèi)金剛石涂層與基體關(guān)系有較大改善．

2.3 硬質(zhì)合金刀具深冷處理研究

深冷處理是利用冷卻介質(zhì)將待處理材料冷卻至極低溫度進(jìn)行處理，以強(qiáng)化材料為目的的一種超低溫處理技術(shù)，圖1為深冷處理工藝[37]．將材料通過(guò)制冷劑冷卻至規(guī)定的溫度，保持規(guī)定的低溫一段時(shí)間，然后升溫、回火再降至室溫．目前對(duì)于深冷處理的低溫溫度和回火溫度的選用觀點(diǎn)并不統(tǒng)一，深冷處理技術(shù)應(yīng)用于硬質(zhì)合金刀具領(lǐng)域的理論也并不完善，但這并不妨礙深冷處理技術(shù)在硬質(zhì)合金刀具強(qiáng)化領(lǐng)域的應(yīng)用研究．Thankur D, Sreerama Reddy,Vadive等人[38-40]均在不同時(shí)期研究了深冷處理對(duì)不同硬質(zhì)合金刀具機(jī)械性能的影響，均發(fā)現(xiàn)了經(jīng)過(guò)深冷處理后的硬質(zhì)合金刀具無(wú)論是硬度、耐磨性還是加工質(zhì)量和刀具使用壽命均有不同程度的提升．雖然深冷處理的低溫溫度并沒(méi)有明確的統(tǒng)一觀點(diǎn)，但研究者也針對(duì)具體的硬質(zhì)合金展開(kāi)了不同深冷溫度的深冷處理研究，Simranpreet Singh Gill等人[41]在-110 ℃和-196 ℃條件下分別對(duì)TiAIN 涂層硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行深冷處理，結(jié)果顯示-110 ℃深冷處理的刀具表現(xiàn)出更好的加工性能和耐磨性．張濤[37]以深冷溫度、回火溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度為因素設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)，分析得出深冷溫度對(duì)硬質(zhì)合金刀具影響最顯著，最佳深冷溫度為-196 ℃．研究發(fā)現(xiàn)深冷處理技術(shù)的工藝參數(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀具性能都有一定的影響，結(jié)合所期望的刀具性能，合理選擇深冷處理參數(shù)，達(dá)到理想的效果也是研究者一直追求的目標(biāo)．

圖1 深冷處理工藝過(guò)程Fig. 1 Cryogenic treatment process

3 結(jié) 語(yǔ)

在實(shí)際的研究過(guò)程中，通過(guò)對(duì)硬質(zhì)合金刀具材料、涂層材料和深冷處理參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠提高硬質(zhì)合金刀具的綜合力學(xué)性能和切削性能．因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)提升硬質(zhì)合金刀具性能展開(kāi)了廣泛研究，從微觀與宏觀、實(shí)驗(yàn)與模擬等方面揭示硬質(zhì)合金刀具強(qiáng)化機(jī)理和方法，并取得了創(chuàng)新性成果．今后硬質(zhì)合金刀具的性能提升依然會(huì)涉及到原材料、涂層和深冷處理方面，但需要更深層次的研究．

(1)硬質(zhì)合金刀具材料性能提升可能會(huì)在硬質(zhì)合金晶粒生長(zhǎng)抑制機(jī)理方面深入研究，研究多種抑制機(jī)理的協(xié)同作用，研發(fā)新型抑制劑，促使抑制機(jī)理形成統(tǒng)一的理論體系．研發(fā)新型硬質(zhì)合金粘結(jié)相以取代Co基粘結(jié)相，高熵合金粘結(jié)劑作為一種具有極大潛力的硬質(zhì)合金粘結(jié)劑，可能會(huì)成為之后粘結(jié)劑發(fā)展的方向之一．

(2)硬質(zhì)合金刀具涂層的研究可能依然會(huì)以提升膜基結(jié)合力為目標(biāo)，涂層結(jié)構(gòu)的梯度化研究可能會(huì)更加深入．不僅如此，超硬、低摩擦涂層也是未來(lái)的發(fā)展方向，含氫類(lèi)金剛石涂層具有一定的發(fā)展?jié)摿Γ?/p>

(3)硬質(zhì)合金刀具深冷處理技術(shù)的發(fā)展可能會(huì)更加深入的研究深冷處理參數(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀具性能提升的影響，深入研究微觀組織變化規(guī)律，以解釋宏觀性能變化的原因，促使深冷處理技術(shù)應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀具領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)的完善．