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金屬陶瓷刀具切削難加工材料時的磨損性能研究

時間：2008年01月26日瀏覽：304次收藏分享：
摘要：對金屬陶瓷刀具和YG8刀具切削冷硬鑄鐵和不銹鋼時的磨損性能進行了對比切削試驗，結果表明：切削冷硬鑄鐵時金屬陶瓷刀具的壽命明顯低于YG8刀具，而切削不銹鋼時金屬陶瓷刀具的壽命高于YG8刀具。金屬陶瓷刀具的失效形式主要為崩刃。

1 引言

隨著機械工業的發展，許多難加工材料(如冷硬鑄鐵、淬硬鋼、不銹鋼、鈦合金等)的應用日趨廣泛。1Cr18Ni9Ti不銹鋼屬于奧氏體不銹鋼，導熱性差、韌性好，難于加工。該不銹鋼中Cr和Ni含量較高，Cr雖能提高不銹鋼的強度和韌性，但增加了不銹鋼與刀具的粘結傾向；Ni可起到穩定奧氏體組織的作用，但奧氏體組織塑性大，容易引起加工硬化。在實際生產中一般采用鎢鈷類(YG8等)硬質合金刀具進行加工，但加工效果并不十分理想。冷硬鑄鐵中的C主要以Fe3C等碳化物的形式存在，且相當一部分以硬質點的形態分布于鋼基體中，因此冷硬鑄鐵硬度高、耐磨性好，難于切削加工。切削時，硬質點的脫落會造成切削力波動，影響切削平穩性，使刀具較易崩刃而降低使用壽命。因此，迄今國內尚無切削加工冷硬鑄鐵的理想方法。
Ti(C，N)基金屬陶瓷因具有硬度高、耐磨性好、導熱性好等優良的綜合性能而被廣泛用作工具材料。本文通過切削試驗，研究了經納米TiN改性的TiC基金屬陶瓷刀具加工冷硬鑄鐵和不銹鋼兩種難加工材料時的切削性能，并與YG8硬質合金刀具進行了對比，為拓寬金屬陶瓷刀具的應用范圍，將其用于難加工材料切削加工提供了試驗依據。

2 試驗方法

金屬陶瓷刀片(型號為SNUN150406)的材料成分為54TiC-10TiN(納米粉)-15Mo-20Ni-1C。TiN 納米粉由中國科學院成都有機化學研究所生產，粒度為30～50nm。制備時，先用ZB220-T超聲波儀對TiN納米粉進行分散，混料后加入適量無水乙醇并球磨24小時；待混合料干燥后，加入PVA進行造粒，然后在170MPa壓力下模壓成型；最后在1400℃溫度下真空燒結1小時。
切削試驗在6140機床上進行。被加工工件分別為Ø183mm冷硬鑄鐵軋輥(硬度>50HRC)和Ø80mm奧氏體不銹鋼鋼棒(1Cr18Ni9Ti)。刀具安裝角度為a0=9°、g0=-8°、kr=90°、kr'=30°。YG8硬質合金刀片(株洲硬質合金廠生產)的型號及切削參數(切削速度vc、進刀量f及切深ap)與金屬陶瓷刀片相同。進行切削后，在40倍工具顯微鏡下測量刀具后刀面磨損量VB并觀察其磨損形態，用HITACHIX-650掃描電鏡和H-800透射電鏡觀察金屬陶瓷刀具的顯微組織。

(a)SEM形貌(×3000)
(b)TEM形貌(×20000)
圖1 金屬陶瓷刀具的顯微組織

(f=0.08mm/r，ap=2mm，vc=7.5m/min)
圖2 金屬陶瓷刀具和YG8刀具切削冷硬鑄鐵時的磨損曲線

(f=0.1mm/r，ap=0.4mm，vc=60m/min)
圖3 金屬陶瓷刀具和YG8刀具切削不銹鋼時的磨損曲線

3 試驗結果與分析

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