ic,n基金属陶瓷刀具的研制

ic,n基金属陶瓷刀具的研制

金属陶瓷的摩擦磨损研究是摩擦学的热点之一。1损伤表面微区能谱分析试验刀具材料为自制的TiC-TiN-Mo切削试验在CA6140普通车床上进行,刀片的型号为SNUN150416,安装角度为:Kr=75°,γ用JSM-5600LV扫描电镜观察刀片过渡后刀面的磨损形貌,并用其配备Noran692A-1SPS能谱仪对磨损表面微区进行了能谱分析,采用JXA-8800R的电子探针(EPMA)对磨损面各主要元素的线分布、面分布和定点分析,其工作电压为15KV。2结果与分析2.1纳米复合金属陶瓷刀具的磨损特性图1给出了切削铸铁时,切削速度Vc(f=0.1mm/r、ap=0.5mm)、进给量f(Vc=80m/min、ap=0.5mm)、切削深度ap(Vc=80m/min、f=0.1mm/r)对纳米复合金属陶瓷刀具的磨损特性和耐用度的影响曲线。由图1a可知,切削铸铁时,在较小的速度下,纳米复合金属陶瓷刀具的磨损曲线有明显的初期磨损,正常磨损阶段时间较短;随切削速度的增加,正常磨损阶段逐渐减小,在切削速度达到237m/min时,刀具的磨损曲线表现为急剧磨损,刀具的耐用度随切削速度的增大几乎呈线性减小。由图1b、1c可知,切削深度和进给量增加,刀具的磨损表现为急剧磨损,刀具的耐用度非常低。自制刀具较适宜铸铁的精加工,适用于小的切削深度和进给量。2.2纳米复合金属陶瓷刀具磨损形貌及材料图2给出了切削用量为Vc=80m/min,f=0.1mm/r,ap=0.5mm,切削时间为104min时,VC-max=0.9mm,纳米复合金属陶瓷刀具过渡后刀面和前刀面的SEM磨损形貌。由图2可知,切削铸铁时纳米复合金属陶瓷刀具的磨损主要集中在刀尖部位,刀具的后刀面和副后刀面呈现为不均匀的磨损状态,且呈对称分布,刀具的磨损面较为平滑。刀具前刀面的磨损非常小,呈现为轻微的摩擦磨损形貌。纳米复合金属陶瓷刀具在选用的切削用量下切削铸铁皆为磨损失效,这与已有的研究结果对图2a进行了EPMA面分析和线分析,图3给出了刀具磨损表面主要合金元素的面分布情况,图4给出了刀具磨损表面主要合金元素的线分布情况。由图3和图4可以看出,刀具过渡后刀面的磨损区上的主要合金元素为Fe,Fe来源于被切削材料铸铁,在刀具磨损区上的分布非常均匀;在刀具的副后刀面的磨损区域发现了Ti、W、Ni,为刀具材料元素,同时在副后刀面的磨损区域发现了Al,来自于被切削材料,扩散到刀具的副后刀面;O的存在说明有氧化发应发生。2.3磨损机分析2.3.1断续切削时刀位灰铸铁是一种典型的脆性材料,其组织特点是金属基体加游离的石墨,石墨的强度很低,与钢相比几乎等于零,因此灰铸铁可看作布满空洞的钢。切削铸铁时,刀具的切削变得不连续,在石墨处可认为刀具处于空程状态,在金属基体处刀具才发生切削,刀具的实际切削过程为断续切削过程。断续切削时刀刃由空程到切入金属基体时受到较大的冲击力,刀刃离开金属基体到空程虽是一个卸载过程,但对刀刃的冲击作用大于刀刃切入时受到的冲击作用灰铸铁的切削加工性能与45#钢完全不同,切削时形成不连续的崩碎切屑,切屑的变形系数小、又比较薄,造成切屑与前面的接触长度非常的短,使得切削力、切削热集中在刃区。由于切削时切屑的断裂是从石墨处开始的不规则断裂往往深入到已加工表面以下,切削金属层频繁的无规则的断裂,对刀刃也产生了很大的冲击。可见,纳米复合金属陶瓷刀具在切削铸铁的过程中受到较大的冲击作用,使得刀具的切削性能下降,对刀具产生了冲击磨损。2.3.2崩碎切屑的塑性变形刀具在切削灰铸铁时产生的崩碎切屑碎片进入到切削工作界面,随着切屑的运动,对磨损表面产生研磨,起到了一定的抛光作用,因此刀具过渡后刀面的磨损表面显得较为平滑。切削铸铁时形成的切屑碎片非常小,切屑的表面自由能增加,晶体中的位错密度增加。细小的崩碎切屑进入到刀屑界面,由于刀屑界面的切削温度较高,Fe的扩散活跃,使得崩碎切屑产生一定的塑性变形。在磨损中,耗费在塑性变形的能量至少有90%以热的形式散失,表面的塑性变形应变率为10~10由以上的分析可知,纳米复合金属陶瓷刀具切削铸铁的磨损失效机理主要是冲击磨损和崩碎切屑的研磨。3大切削量铸铸钢的稳定性真空烧结的纳米复合金属陶瓷刀具较适宜铸铁的精加工,小的切削深度和进给量下切削铸铁,表现出较好的耐磨性,切削用量增大,刀具的磨损急