一种用于钢轨铣削刀片的涂层
阅读说明：本技术 一种用于钢轨铣削刀片的涂层 (Coating for steel rail milling blade ) 是由 杭仁莆 李詠侠 邹丹 刘艳军 谢元彦 陈超 于 2021-01-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于钢轨铣削刀片的涂层,所述涂层为多层TiAlCrN复合涂层。本发明提供的一种用于钢轨铣削刀片的涂层,通过改变涂层的成分和结构,多层TiAlCrN复合涂层的优势,结合了两种涂层的优势在保持涂层硬度与耐磨性的同时增加的涂层的润滑性减少了磨擦系数,提高了涂层的韧性和结合力,减少了崩裂和剥落；减小了涂层与钢轨间的亲和力和摩擦系数,降低了切削温度,有效地提高了涂层刀片的寿命。(The invention discloses a coating for a steel rail milling blade, which is a multilayer TiAlCrN composite coating. According to the coating for the steel rail milling blade, the components and the structure of the coating are changed, and the advantages of the multilayer TiAlCrN composite coating are combined, so that the hardness and the wear resistance of the coating are kept, the lubricity of the coating is increased, the friction coefficient is reduced, the toughness and the binding force of the coating are improved, and the cracking and the peeling are reduced; the affinity and the friction coefficient between the coating and the steel rail are reduced, the cutting temperature is reduced, and the service life of the coated blade is effectively prolonged.)
技术领域
本发明涉及刀具涂层技术领域，更具体的说是涉及一种用于钢轨铣削刀片的涂层。
背景技术
铁路的高速化和重载化加剧了疲劳裂纹、波磨、剥落掉块、侧面磨损、压溃等钢轨伤病的产生，不仅危及列车运行的安全，并且增加了铁路的运营和维修成本，每年都有由于轮轨突发性损坏导致列车脱轨造成的人员伤亡和巨大的经济损失。仅仅靠更换损坏的钢轨以保障列车的运行安全的方式不经济，需要更加重视钢轨的修复。钢轨铣磨车是高铁、地铁钢轨的必要养护设备，而轨道铣削刀片是钢轨铣磨车核心部件。
目前用于钢轨铣削领域的涂层成份主要以增加表面硬度提高刀片耐磨性，藉此达成增加刀片寿命的目的，涂层成份为Ti、Al、N的单层结构涂层。
钢轨材料U71Mn的硬度高，韧性好，铣削时需要很大的切削力，使刀具与钢轨产生强烈的挤压和摩擦。现有涂层的韧性和结合力不足，主要失效方式是崩裂和剥落。
根据刀片使用者对刀片的感受开始实际搜集刀片使用工况与报废刀片进行分析，发现在加工过程中会产生大量火花且加工设备并无冷却系统使得刀片会反复在极大的温差变化下进行加工，加上之前尝试提高涂层硬度寿命确未显着提升，因此整体涂层的技术方案就从增加耐磨性改而切换至增加散热与防止刃口积屑上。
因此，针对轨道铣削刀片涂层的研究现状，如何提供一种能够减少摩擦且提高涂层刀片寿命的用于钢轨铣削刀片的涂层是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于钢轨铣削刀片的涂层，使用散热性好、防粘结性强、韧性好的CrN涂层成份与AlTiN形成多层复合涂层，通过改变涂层的成分和结构，多层TiAlCrN复合涂层的优势，结合了两种涂层的优势在保持涂层硬度与耐磨性的同时增加的涂层的润滑性减少了磨擦系数，提高了涂层的韧性和结合力，减少了崩裂和剥落；减小了涂层与钢轨间的亲和力和摩擦系数，降低了切削温度，有效地提高了涂层刀片的寿命。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于钢轨铣削刀片的涂层，所述涂层为多层TiAlCrN复合涂层。
优选地，所述多层TiAlCrN复合涂层中各组分含量分别为N 40％～50％、Cr 10％～15％、Al 30％～35％和Ti 20％～25％。
优选地，所述多层TiAlCrN复合涂层包括CrN涂层和AlTiN涂层，并以交替堆叠构成。
优选地，所述多层TiAlCrN复合涂层中，每层厚度为10-1000纳米。
优选地，所述多层TiAlCrN复合涂层还包括硅、硼、碳及其化合物。
优选地，所述多层TiAlCrN复合涂层的标面硬度为2500-4500Hv。
采用上述技术方案的技术效果是：将CrN涂层与AlTiN涂层以多层次结构进行堆栈，该种涂层的标面硬度为2500-4500Hv略低于AlTiN单层涂层但高于CrN单层涂层且涂层的散热性与抗沾黏性会大幅提升。
优选地，所述多层TiAlCrN复合涂层的层数为4-40层，总厚度为2.2-22μm。
本发明还提供了一种钢轨铣削刀片，所述钢轨铣削刀片表面涂覆有上述的涂层。
优选地，所述钢轨铣削刀片为平铣刀片、圆弧刀片、肥边刀片或精铣刀片。
优选地，所述钢轨削刀片基体为钴含量为6-15％，WC晶粒度为0.2-0.8μm的硬质合金。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种用于钢轨铣削刀片的涂层，具有以下技术效果：本发明提供的一种用于钢轨铣削刀片的涂层，使用散热性好、防粘结性强、韧性好的CrN涂层成份与AlTiN形成多层复合涂层，通过改变涂层的成分和结构，多层TiAlCrN复合涂层的优势，结合了两种涂层的优势在保持涂层硬度与耐磨性的同时增加的涂层的润滑性减少了磨擦系数，提高了涂层的韧性和结合力，减少了崩裂和剥落；减小了涂层与钢轨间的亲和力和摩擦系数，降低了切削温度，有效地提高了涂层刀片的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1中用于钢轨铣削刀片的涂层的结构图。
图2附图为本发明实施例1涂层刀片的涂层结构图。
图3附图为本发明中刀片的传统涂层结构图
图4附图为含本发明涂层的轨道铣削刀具与传统涂层的轨道铣削刀具磨损测试结果图。
图5附图为含本发明涂层的轨道铣削刀具与市场上五种涂层的轨道铣削刀具磨损测试结果图。
图6附图为本发明实施例1涂层刀片的切削情况图。
图7附图为本发明传统涂层刀片的切削情况图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种用于钢轨铣削刀片的涂层，图1所示，涂层为多层TiAlCrN复合涂层。
为了进一步优化上述技术方案，多层TiAlCrN复合涂层中各组分含量分别为N40％～50％、Cr 10％～15％、Al 30％～35％和Ti 20％～25％。
为了进一步优化上述技术方案，多层TiAlCrN复合涂层包括CrN涂层和AlTiN涂层，并以交替堆叠构成。
为了进一步优化上述技术方案，多层TiAlCrN复合涂层中，每层厚度为10-1000纳米。
为了进一步优化上述技术方案，多层TiAlCrN复合涂层还包括硅、硼、碳及其化合物。
为了进一步优化上述技术方案，多层TiAlCrN复合涂层的标面硬度为2500-4500Hv。
为了进一步优化上述技术方案，多层TiAlCrN复合涂层的层数为4-40层，总厚度为2.2-22μm。
本发明实施例还还提供了一种钢轨铣削刀片，钢轨铣削刀片表面涂覆有上述的涂层。
为了进一步优化上述技术方案，钢轨铣削刀片为平铣刀片、圆弧刀片、肥边刀片或精铣刀片。
为了进一步优化上述技术方案，刀片基体材料使用钴含量为10％，WC晶粒度为0.6μm的硬质合金。
实施例1
本实施例提供一种用于钢轨铣削刀片的涂层，涂层为多层TiAlCrN复合涂层，多层TiAlCrN复合涂层包括CrN涂层和AlTiN涂层，并以交替堆叠构成，涂层结构为11层，每层厚度为320纳米，涂层总厚度3.5μm，成份比：N 40％～50％、Cr 10％～15％、Al 30％～35％和Ti 20％～25％。
平铣刀片、圆弧刀片、肥边刀片、精铣刀片皆使用此涂层，刀片基体材料使用本公司牌号ST20F的材料，涂层使用上述多层TiAlCrN复合涂层。
为了进一步说明本发明的技术效果，本发明还针对传统涂层与实施例1涂层进行相关性能测试
(一)刀片磨损测试
A、被加工材料
名称
生产厂家
材料牌号
型号(kg/m)
钢轨尺寸(mm)
钢轨长度(m)
HRC
钢轨
攀钢
U71Mn
60
176*150*73*16.5
0.8
28-31
B、加工参数
机床型号
华控MV510加工中心
主轴转速n
573r/min
切削方式
平面铣削
切削速度vc
180m/min
刀具类型
可转位平铣刀
切削深度ap
0.15mm
刀盘直径
100mm(刀片X5)
每齿进给速度fz
0.8mm/r
冷却方式
干铣
总进给速度F
2.292m/min
测试结果见图4，可知，本发明含有涂层的刀片的磨损量小于传统涂层，此外，本发明还针对市场上常用的五种涂层，与实施例1的涂层进行了磨损测试，结果将图5，由图中数据可知，实施例1相比于其他五种涂层均具有较小的磨损量。
综上，通过改变涂层的成分和结构，多层TiAlCrN复合涂层的优势，结合了两种涂层的优势在保持涂层硬度与耐磨性的同时增加的涂层的润滑性减少了磨擦系数。
(二)上海地铁线病轨测试
上海地铁线病轨实际使用寿命对比数据
将分别将表面涂覆有实施例1和对比例1提供的涂层的刀片进行实际应用，2019年提供涂覆有实施例1提供的涂层的刀片给中国铁建高新装备股份有限公司于上海地铁11号线使用累计铣销超过2000公里的路程使用该涂层的刀片只用5片因破碎无法继续使用，而使用对比例1提供的涂层的刀片约有200片因破碎而无法使用，本发明公开的多层TiAlCrN复合涂层大幅延长了刀片的使用寿命。
可见，本发明通过改变涂层的成分和结构，多层TiAlCrN复合涂层的优势，结合了两种涂层的优势在保持涂层硬度与耐磨性的同时增加的涂层的润滑性减少了磨擦系数，提高了涂层的韧性和结合力，减少了崩裂和剥落；减小了涂层与钢轨间的亲和力和摩擦系数，降低了切削温度，有效地提高了涂层刀片的寿命。
由图6和图7对比可知，本发明使用了该涂层方案的刀片铣削作业时未出现明显的出现火星，而传统涂层的刀片铣削作业时火星飞溅，可见，含有本发明涂层的刀片能够大幅度降低了在加工过程中温度，解决了涂层在钢轨铣削作业时的剥落和崩裂的失效问题。
本技术方案可以在涂层成份中添加其他成份，包括但不限于硅、硼、碳等或改变涂层成份配比，或改变涂层结构、层数或厚度，达到类似或相同的效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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