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金属陶瓷刀具切削难加工材料时的磨损性能研究

时间：2008年01月26日浏览：297次收藏分享：
摘要：对金属陶瓷刀具和YG8刀具切削冷硬铸铁和不锈钢时的磨损性能进行了对比切削试验，结果表明：切削冷硬铸铁时金属陶瓷刀具的寿命明显低于YG8刀具，而切削不锈钢时金属陶瓷刀具的寿命高于YG8刀具。金属陶瓷刀具的失效形式主要为崩刃。

1 引言

随着机械工业的发展，许多难加工材料(如冷硬铸铁、淬硬钢、不锈钢、钛合金等)的应用日趋广泛。1Cr18Ni9Ti不锈钢属于奥氏体不锈钢，导热性差、韧性好，难于加工。该不锈钢中Cr和Ni含量较高，Cr虽能提高不锈钢的强度和韧性，但增加了不锈钢与刀具的粘结倾向；Ni可起到稳定奥氏体组织的作用，但奥氏体组织塑性大，容易引起加工硬化。在实际生产中一般采用钨钴类(YG8等)硬质合金刀具进行加工，但加工效果并不十分理想。冷硬铸铁中的C主要以Fe3C等碳化物的形式存在，且相当一部分以硬质点的形态分布于钢基体中，因此冷硬铸铁硬度高、耐磨性好，难于切削加工。切削时，硬质点的脱落会造成切削力波动，影响切削平稳性，使刀具较易崩刃而降低使用寿命。因此，迄今国内尚无切削加工冷硬铸铁的理想方法。
Ti(C，N)基金属陶瓷因具有硬度高、耐磨性好、导热性好等优良的综合性能而被广泛用作工具材料。本文通过切削试验，研究了经纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具加工冷硬铸铁和不锈钢两种难加工材料时的切削性能，并与YG8硬质合金刀具进行了对比，为拓宽金属陶瓷刀具的应用范围，将其用于难加工材料切削加工提供了试验依据。

2 试验方法

金属陶瓷刀片(型号为SNUN150406)的材料成分为54TiC-10TiN(纳米粉)-15Mo-20Ni-1C。TiN 纳米粉由中国科学院成都有机化学研究所生产，粒度为30～50nm。制备时，先用ZB220-T超声波仪对TiN纳米粉进行分散，混料后加入适量无水乙醇并球磨24小时；待混合料干燥后，加入PVA进行造粒，然后在170MPa压力下模压成型；最后在1400℃温度下真空烧结1小时。
切削试验在6140机床上进行。被加工工件分别为Ø183mm冷硬铸铁轧辊(硬度>50HRC)和Ø80mm奥氏体不锈钢钢棒(1Cr18Ni9Ti)。刀具安装角度为a0=9°、g0=-8°、kr=90°、kr'=30°。YG8硬质合金刀片(株洲硬质合金厂生产)的型号及切削参数(切削速度vc、进刀量f及切深ap)与金属陶瓷刀片相同。进行切削后，在40倍工具显微镜下测量刀具后刀面磨损量VB并观察其磨损形态，用HITACHIX-650扫描电镜和H-800透射电镜观察金属陶瓷刀具的显微组织。

(a)SEM形貌(×3000)
(b)TEM形貌(×20000)
图1 金属陶瓷刀具的显微组织

(f=0.08mm/r，ap=2mm，vc=7.5m/min)
图2 金属陶瓷刀具和YG8刀具切削冷硬铸铁时的磨损曲线

(f=0.1mm/r，ap=0.4mm，vc=60m/min)
图3 金属陶瓷刀具和YG8刀具切削不锈钢时的磨损曲线

3 试验结果与分析

  1. 金属陶<

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