ic,n基金屬陶瓷刀具的研制

ic,n基金屬陶瓷刀具的研制

金屬陶瓷的摩擦磨損研究是摩擦學(xué)的熱點之一。1損傷表面微區(qū)能譜分析試驗刀具材料為自制的TiC-TiN-Mo切削試驗在CA6140普通車床上進行,刀片的型號為SNUN150416,安裝角度為:Kr=75°,γ用JSM-5600LV掃描電鏡觀察刀片過渡后刀面的磨損形貌,并用其配備Noran692A-1SPS能譜儀對磨損表面微區(qū)進行了能譜分析,采用JXA-8800R的電子探針(EPMA)對磨損面各主要元素的線分布、面分布和定點分析,其工作電壓為15KV。2結(jié)果與分析2.1納米復(fù)合金屬陶瓷刀具的磨損特性圖1給出了切削鑄鐵時,切削速度Vc(f=0.1mm/r、ap=0.5mm)、進給量f(Vc=80m/min、ap=0.5mm)、切削深度ap(Vc=80m/min、f=0.1mm/r)對納米復(fù)合金屬陶瓷刀具的磨損特性和耐用度的影響曲線。由圖1a可知,切削鑄鐵時,在較小的速度下,納米復(fù)合金屬陶瓷刀具的磨損曲線有明顯的初期磨損,正常磨損階段時間較短;隨切削速度的增加,正常磨損階段逐漸減小,在切削速度達到237m/min時,刀具的磨損曲線表現(xiàn)為急劇磨損,刀具的耐用度隨切削速度的增大幾乎呈線性減小。由圖1b、1c可知,切削深度和進給量增加,刀具的磨損表現(xiàn)為急劇磨損,刀具的耐用度非常低。自制刀具較適宜鑄鐵的精加工,適用于小的切削深度和進給量。2.2納米復(fù)合金屬陶瓷刀具磨損形貌及材料圖2給出了切削用量為Vc=80m/min,f=0.1mm/r,ap=0.5mm,切削時間為104min時,VC-max=0.9mm,納米復(fù)合金屬陶瓷刀具過渡后刀面和前刀面的SEM磨損形貌。由圖2可知,切削鑄鐵時納米復(fù)合金屬陶瓷刀具的磨損主要集中在刀尖部位,刀具的后刀面和副后刀面呈現(xiàn)為不均勻的磨損狀態(tài),且呈對稱分布,刀具的磨損面較為平滑。刀具前刀面的磨損非常小,呈現(xiàn)為輕微的摩擦磨損形貌。納米復(fù)合金屬陶瓷刀具在選用的切削用量下切削鑄鐵皆為磨損失效,這與已有的研究結(jié)果對圖2a進行了EPMA面分析和線分析,圖3給出了刀具磨損表面主要合金元素的面分布情況,圖4給出了刀具磨損表面主要合金元素的線分布情況。由圖3和圖4可以看出,刀具過渡后刀面的磨損區(qū)上的主要合金元素為Fe,Fe來源于被切削材料鑄鐵,在刀具磨損區(qū)上的分布非常均勻;在刀具的副后刀面的磨損區(qū)域發(fā)現(xiàn)了Ti、W、Ni,為刀具材料元素,同時在副后刀面的磨損區(qū)域發(fā)現(xiàn)了Al,來自于被切削材料,擴散到刀具的副后刀面;O的存在說明有氧化發(fā)應(yīng)發(fā)生。2.3磨損機分析2.3.1斷續(xù)切削時刀位灰鑄鐵是一種典型的脆性材料,其組織特點是金屬基體加游離的石墨,石墨的強度很低,與鋼相比幾乎等于零,因此灰鑄鐵可看作布滿空洞的鋼。切削鑄鐵時,刀具的切削變得不連續(xù),在石墨處可認為刀具處于空程狀態(tài),在金屬基體處刀具才發(fā)生切削,刀具的實際切削過程為斷續(xù)切削過程。斷續(xù)切削時刀刃由空程到切入金屬基體時受到較大的沖擊力,刀刃離開金屬基體到空程雖是一個卸載過程,但對刀刃的沖擊作用大于刀刃切入時受到的沖擊作用灰鑄鐵的切削加工性能與45#鋼完全不同,切削時形成不連續(xù)的崩碎切屑,切屑的變形系數(shù)小、又比較薄,造成切屑與前面的接觸長度非常的短,使得切削力、切削熱集中在刃區(qū)。由于切削時切屑的斷裂是從石墨處開始的不規(guī)則斷裂往往深入到已加工表面以下,切削金屬層頻繁的無規(guī)則的斷裂,對刀刃也產(chǎn)生了很大的沖擊?？梢?納米復(fù)合金屬陶瓷刀具在切削鑄鐵的過程中受到較大的沖擊作用,使得刀具的切削性能下降,對刀具產(chǎn)生了沖擊磨損。2.3.2崩碎切屑的塑性變形刀具在切削灰鑄鐵時產(chǎn)生的崩碎切屑碎片進入到切削工作界面,隨著切屑的運動,對磨損表面產(chǎn)生研磨,起到了一定的拋光作用,因此刀具過渡后刀面的磨損表面顯得較為平滑。切削鑄鐵時形成的切屑碎片非常小,切屑的表面自由能增加,晶體中的位錯密度增加。細小的崩碎切屑進入到刀屑界面,由于刀屑界面的切削溫度較高,Fe的擴散活躍,使得崩碎切屑產(chǎn)生一定的塑性變形。在磨損中,耗費在塑性變形的能量至少有90%以熱的形式散失,表面的塑性變形應(yīng)變率為10~10由以上的分析可知,納米復(fù)合金屬陶瓷刀具切削鑄鐵的磨損失效機理主要是沖擊磨損和崩碎切屑的研磨。3大切削量鑄鑄鋼的穩(wěn)定性真空燒結(jié)的納米復(fù)合金屬陶瓷刀具較適宜鑄鐵的精加工,小的切削深度和進給量下切削鑄鐵,表現(xiàn)出較好的耐磨性,切削用量增大,刀具的磨損急