组织结构对y5合金刀具冲击断裂切削性能的影响

组织结构对y5合金刀具冲击断裂切削性能的影响

1yt15合金冲击断续切削试验结果分析yt15合金含有高钛（tic15%）和低钴（co6%），对应于国际标准基准绍10。它非常适合加工和半加工材料。它的红硬性、耐磨性较好但强度韧性较差。适用于碳素钢、合金钢的连续切削时半精车及精车,间断切削时精车、车丝、连续面的精铣,孔的粗扩和精扩等。用途比较广泛,占钢材加工刀具中的主导地位。据不完全统计,YT15合金占全国YT类合金总消耗量的近50%左右,所以提高YT15合金质量有十分重大意义。我们知道影响合金刀具寿命的表现有两种:一种是磨损,另一种是破损。磨损还可以重磨修复,而破损一般来讲只能报废。根据调查了解影响YT15合金寿命主要表现是破损。事实上多年来用户也是时有反映YT15合金偏脆,容易发生裂纹、崩刃现象。究其原因这固然与我国当前金属切削加工水平还处于发展阶段有关,如焊接刀具还居多数,焊接刃磨技术手段还比较落后,很容易引起热应力裂纹。再就是加工件毛坯不规则,加工余量大、吃刀深、安装偏心、毛刺飞边,砂眼气孔,加工过程中切屑缠绕中途骤停等因素都会造成巨大的冲击载荷应力,当应力超过合金刀具强度和韧性极限时合金刀具就会破损失效。作为一个合金生产厂家来说,必须从当前国内机械加工实际现状出发,如何改进并提高当前YT15合金强度和韧性以满足广大用户的需要是非常必要的。为此我们作了不同组织结构的YT15合金冲击断续切削对比试验,从中我们发现YT15合金在适当碳含量的条件下,合金中γ相和α相的晶粒大小对崩刃程度有明显的影响。从中我们找出了抗冲击性能较好的γ相各α相粒度重要参数,为今后提高YT15合金强度和韧性、改进现有YT15合金生产工艺提供了重要依据。这里需指出的是:“YT15合金在适当的碳含量条件下”指的是YT15合金非化合碳控制在CO2标准。从我国当前金属切削加工水平出发,合金残留适当非化合碳对于改善合金韧性、避免脆性破损有一定作用,至于合金中非化合碳控制在什么范围内合适以后专题论述,这里将非化合碳控制在CO2是根据多年生产的统计结果确定的。2试验条件和方法2.1样品选择试样是从大批生产中选取的。1#、2#、3#试样是代表γ相、α相分别为细、中、粗三种不同组织结构的YT15合金。2.2次电子图像ser试样经密度、硬度、矫顽磁力、切削系数、物理机械性能检测和金相1500倍、100倍检测,断口经二次电子图像(SER)检测。除1#试样外对2#、3#试样进行了图像定量金相分析检测γ相和α相粒度组成,分布状况并求出粒度平均值。2.3断开段的影响2.3.1实验设备C630无级调速车床2.3.2加工材料正火态55#优质结构钢2.3.3加工条件工件外径200mm。在端面铣出两个互相联通槽,槽宽为12～13mm作断续冲击用。2.3.4速度、切削深度工件转数nW=200r/min,最大切削速度Vmax=126m/min,进给量f=0.1mm/r,切削深度ap=1mm。端面冲击断续切削试验是由端面中心向外切削。2.3.5切割时间1#、3#nV=1次,2#nV=2次。2.3.6副偏角、刀尖圆弧半径1#、2#、3#试样刀具前角γ0=0°,后角αγ=6°,主偏角KV=45°,副偏角Kγ=45°,刀尖圆弧半径γε=0.8～1.0mm。对冲击断续切削后的刀具刃口前后角部位进行放大25倍照像,最后实测后角破损带的最大宽度VBmax值,以VBmax值的大小程度来作为衡量各试样的抗破损强度和韧性好坏标志。3测试结果对1#、2#、3#试样进行密度、矫顽磁力、硬试、切削系数、物理机械性能检测和金相显微粒度统计分析。3.1物理机械工程的检测3.2金相和粒度分析的结果4脉冲市长的辐射试验4.1试验试件质量vbx图4是1#试样冲击断续切削端面nγ=1次,前后角崩刃破损照片。后角破损带最大宽度VBmax=0.8mm。图5是2#试样冲击断续切削端面nγ=2次,前后角崩刃破损照片。后角破损带最大宽度VBmax=0.3mm。图6是3#试样冲击断续切削端面nγ=1次,前后角崩刃破损照片。后角破损带最大宽度VBmax=0.66mm。5#、3#耐冲击切削力从以上试验结果可以看出:1#、2#、3#合金试样以2#中颗粒合金的冲击切削强度和韧性为最好,细颗粒1#合金最差。粗颗粒3#较次。这里特别应该指出2#合金是经过2次端面冲击切削,是1#和3#合金1次端面冲击切削的两倍冲击负荷,而最大破损带宽度只有0.3mm。相反,1#、3#合金已达到0.8mm、0.66mm宽度,从而可推测出2#合金比1#、3#的耐冲击切削性能至少高四倍以上。而在磨损寿命切削系数(表1)从中可以看到它们之间的差距并不是太大。为什么会出现细颗粒1#合金与粗颗粒3#合金的冲击切削强度和韧性都低于中颗粒2#合金呢?我们初步分析认为:从图7中可以清楚的看到较大的γ相(>2.5μm)解理现象。而α相和较小颗粒γ相都保存比较完整,这说明α相比γ相强度要大,而不被解理。同时也可看到较小颗粒的γ相也不易解理。这是因为大颗粒γ相由于颗粒大,遇上裂纹扩展应力更容易集中而被解理,而较小颗粒则不然,裂纹扩展则是从γ相与Co相界面薄弱部位扩展。关于细颗粒1#合金为什么破损严重?这与细颗粒合金Co相薄、硬度高(见表1)、脆性大有关。6固溶体粒径差值对铸造寿命的影响1)试验结果证明了YT15合金中非化合碳在CO