丝锥表面处理的相关知识

由于丝锥表面处理后，会增强其硬度、韧性、润滑性及表面质量，从而使丝锥在使用过程中大大延长使用寿命、提高所加工螺纹孔的表面质量，被越来越多的行业所采用。下面将丝锥的各种表面处理的特点、适用范围、切削性能较为详尽加以介绍。

 

1、丝锥表面的氧化处理

氧化处理就是把高速钢丝维放入500-550℃的水蒸气中，使其表面形成Fe3O4被膜的一种表面处理方法。氧化处理法也叫高压蒸气处理法。铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4三种，其中FeO只能在570℃以上才能生成，所以它在高速钢丝锥的表面处理层中不存在，丝锥表层中有Fe3O4（黑铁）和Fe2O3（红铁）两种，而后者对丝锥的切削性没有益处，经过高质量地表面处理后，丝锥的处理层为Fe3O4被膜，装面美观，呈蓝黑色，表层厚度为1-3um。

a）氧化的特点

　氧化处理之所以能提高丝锥的性能是因为表面层为多孔质，对冷却液吸附性好，能起到减小磨擦的作用。同时，能防止丝锥与被切削材料间的粘结。此外还除去了制作丝锥时残留在其表面的磨削应力。但需注意的是，氧化处理所生成的被膜并不能提高丝锥表面层的硬度，即被膜本身并没有耐磨性。　

b）适用范围

　经氧化处理的丝锥对不锈钢、铸钢、碳素钢、镍钢、铬钢等易产生粘结的被切削材料效果很好，几乎可适用于所有钢件的加工。　　但应注意的是氧化处理对铝合金，压铸铝合金，黄铜等非金属类材料并没有特别好的效果，甚至有可能降低丝锥的切削性能。

c）切削性能

　当用刃倾角丝锥加工易产生粘结的不锈钢（奥氏体系）工件时，氧化处理能提高的丝锥寿命10倍以上。这点从丝锥加工碳素钢的实验例中也可看出，氧化处理显著地提高了丝锥寿命。

2、丝锥表面的氮化处理

通过研究发现，特殊氮化处理法（500-550度，保温30-90分钟）可得到均匀、光滑的表面和硬度，氮化层的硬度主要取决于处理过程中的保温温度和时间，同时还与被处理材料本身的硬度有关，丝锥通常在500度30分钟至550度70分钟的范围内进行氮化，对难切削材、高抗拉力钢、不锈钢、铸铁等丝锥容易发生磨损的效果很好。

a）氮化特点

　氮化处理可提高丝锥的性能，这是因为提高了丝锥的表面硬度、增强了耐磨性、提高了耐热性，使丝锥的高温切削性能变好。通过氮化处理，丝锥的表面硬度上升到1300HV左右，约为母体硬度64HRC(=870HV)的1.5倍。

b）适用范围

　适应于对刀具耐磨性要求较高的被切削材料，如热硬化性树脂、灰口铸铁、铝合金压铸件等，但不适合加工钢件，加工钢件时，有崩刃、折损的危险，所以应非常注意，因为氮化处理后的丝锥表面硬度大约在1000-1300HV之间，而钢类被削材料通常要求刀具的硬度在1100HV以下。从切削形状上看，氮化处理对片状、粒状切屑很有效，所以普通丝锥多采用表面氮化处理，而刃倾角丝锥、螺旋槽丝锥就很少采用。

c）切削性能

　氮化处理对切削扭矩的影响，实验所用的刀具为普通丝锥，被切削材料为灰口铸铁，丝锥经表面氮化处理后，切削扭矩减小，因此可得出结论，即氮化处理可提高丝锥的耐磨性。

3、丝锥表面的TIN涂层

TIN(氮化钛)、TIC（碳化钛）等坚硬物质的涂层方法大致有两种，化学气相沉积法（CVD法）和物理气相沉积法（PVD法）。化学气相沉积法的温度为900-1100度，已超过了高速钢的回火温度，所以不能用于高速钢的表面涂层。物理气相沉积法温度较低，在500度以下，适合对高速钢丝锥、铣刀的涂层，物理气相沉积法中有代表性、的是HCD离子电镀工艺。HCD离子电镀工艺的基本过程是：把涂层材料钛（TI)放于高真空槽内，用离子射线让它溶解蒸发并与氮气反应，使之在已与热且负电压作用下的刀具表面上生成细密、牢固的氮化钛(TIN)涂层。TIN涂层呈金黄色，与刀具母体的密著性很好。丝锥表面TIN涂层厚度为1-3um。

 

a）TIN涂层的特点

　TIN涂层的特点是提高表面硬度、提高耐磨性、减小摩擦系数、防粘结、提高耐热性，这些特点能*达到对丝锥表面处理的目的。TIN被膜硬度更高，为2000HV，差不多是高速钢母体硬度的三倍。和其他氮化物、碳化物相比，TIN的热传导率、热膨胀系数均接近于高速钢，所以与高速钢的粘附强度高。TIN涂层可大幅度减小摩擦系数。

b）适用范围

　TIN涂层的丝锥兼并氮化处理和氧化处理两者的优点，因此，对软材料和硬材料均有好的加工性能，适用范围很宽，对一般的扎制结构钢、易产生粘结的不锈钢，以及硬度高对丝锥磨损大的调质钢、合金结构钢、合金工具钢等均有很好的切削效果。

c）切削性能

　TIN涂层丝锥、表面氧化处理的丝锥、以及不经处理的丝锥，三者加工不锈钢SUS630的情况，被切削材料易产生粘结，同时硬度高（45HRC）要求丝锥有良好的抗粘接性和耐磨性。实验结果表明，丝锥寿命经氧化处理的是不经氧化处理的3倍，而TIN涂层的又是氧化处理的3倍。

4、丝锥表面的V涂层

V涂层的处理方法和TIN涂层一样，采用物理气相沉积法（PVD法）。让氮气和碳气与溶解气化状态的钛反应，生成TIN和TIC的复合被膜-V涂层，V涂层的密著性（粘附强度为TIN涂层的三倍）。表面化呈紫灰色。丝锥的表面V涂层为1-3um。 

a）V涂层的特点

    V涂层的特点是提高丝锥表面硬度、提高耐磨性、减小摩擦系数、防粘结、提高耐热性，这些特点都与TIN涂层相同，不同之处在于V涂层的硬度比TIN涂层还要高，为3000HV；摩擦系数还要小，为TIN的75%。

b）V涂层适用范围

　抗粘结性和耐磨性两者均比TIN涂层好的V涂层，其适用范围和TIN涂层一样，对于从软质到硬质的被切削材料都有很好的适应性，对一般的轧制结构钢、易产生粘结的不锈钢，以及硬度高、对刀具磨损大的调制钢、合金结构钢、合金工具钢等均有很好的切削效果，尤其是在高速、高稀释（水溶性切削液）条件下，更能充分的展示出它的优越性能。

c）切削性能

　经表面氧化处理和V涂层的N型挤压丝锥的性能对比，在以20m/mim的高速在高速钢上攻丝的实验结果，这对刀具的耐磨性要求很苛刻，结果表明，V涂层丝锥的寿命约为氧化处理丝锥寿命的5倍。在另一部分，切削液采用30倍稀释的水溶液，被加工材料为软钢，这时，V涂层丝锥的寿命约为氧化处理丝锥的20倍。