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1、高速钢刀具寿命影响因素吴立志( 河冶科技股份有限公司)土j 一 1 刚舌12 0 0 3 全球刀具消费1 1 0 亿美元不同材料所占比例， 品种消费额所高速锕硬质含金超硬材料 占比侈I 。可转位刀片焊接整体硬质合金可转位刀片车刀2 5 稳定状态磨损 加速磨损 磨损机理 显微剥落i1 影一一。 ，r ，”一一、一, 4 - -，rl 纱，r，代4l 3 05 0，o 41 1 01 3 0时同t 分一1 2 一“”“。#薯；罩譬薯IJ 粘附磨损 塑性变形引起的钝化 磨料磨损 扩散2 2 2 非正常失效形式 断裂崩刃掉齿不耐用( 非正常磨损、相对寿命低)2 3 失效分析原则成分一组织一性能一寿命f
2、t工艺切削条件工艺因素 冶金热处理机加工表面处理涂层 性能 抗压强度韧性红硬性疲劳强度切削条件 工件材料机床冷却条件切削用量2 4 典型失效分析原因失效方式对策 性能成分、工艺与组织刃部硬度防止刃部烧伤，控制原材不耐用低刃部过回火退火，氧化脱碳料脱碳和加工余量( 非正常磨损)红硬性差T 低，晶粒细，基体合金度低适当提高T 和T T使1 碳化物形貌不良( 图)用1 ) 不均匀、堆积( 粘连) 过2 ) 粗大，残存莱氏体球化 程精刃韧性差3 ) 角状、棒状掉齿2 晶粒粗大细化 3 K 叫一R 复化4 非金属夹杂、气体纯化5 残余元素热处理变碳化物形貌不良一不均匀均匀化 加形、开裂加热冷却较快，加工
3、设计不良分级、均匀冷却 工铝、碳含量高检查并控制加热介质氧势 过氧化脱碳盐浴脱氧不良，加热时间长和时间 程回火不充分充分冷却，充分回火磨削裂硬度高碳化物不均匀控制硬度锻材碳化物堆积5 0 0X淬回火态，碳化物堆积处回火不充分5 0 0 X掉齿拉刀齿尖部碳化物形态掉齿拉刀心部碳化物形态2 0 0 X大颗粒碳化物5 0 0 2 5 冶金工艺的思考一1 4 2 0 0 冶炼开坯火次 加热( 时间与气氛)锭坯材配置 退火3 切削性能决定因素红硬性韧性耐磨性抗粘附性红硬性决定因素 钢的合金度及碳饱和度 基体合金度一淬火温度 碳化物形成元素扩散系数 非碳化物形成元素抑制析出碳化物集聚的作用韧性决定因素 残
4、余元素 纯净度( 非金属夹杂) 共晶碳化物形貌 晶粒度 基体( M ) 强度及残余奥氏体R A 数量耐磨性决定因素 碳化物总量一合金度及碳饱和度 M C 碳化物数量- - V 含量4 化学成分对热处理性能影响4 1 高速钢化学成分CW 、Mo 、Cr 、V 等碳化物形成元素 C0 、Al 、Si 等非碳化物形成元素残余元素 【W 】= W + 2 MoCP = 0 0 3 3 W + O 0 6 3 Mo + O 0 6Cr + 0 2 V Ac = C CP类别CCo Al【W 】CPAcSi通用型O 9Co1 6 - 2 01 0 5 1 6 50 8 0 1 O高含Al 1 0Al Si
5、1 61 1 1 20 9 5 1 0 5 性高V 1 2( Co )1 4 1 81 3 1 60 8 0 O 9 5 能1 5 氧 I 譬 蛞l ： 石 垡注：【W = W + 2 M o CP = O 0 3 3 W + 0 0 6 3 M o + 0 0 6 C r + 0 2 VAc = C C p7 05 8C ，工具钢二次硬度与成分参数C p 及A c 的关系不同A c 的M 2 A I 回火曲线( 12 10 C 淬火)3 2 04 5 05 4 05 5 05 6 05 8 06 0 0回火温度，CWM oC rVC pA cO 8 65 7 64 74 1 31 81 0
6、9 4O 7 8O 8 l5 8 24 6 23 9 31 7 81 0 7 5O 7 6一1 6 一铊o世z避器凰6 86 66 4o2 墨 6 2 越 隧 6 05 85 6C p 、A c 对淬回火硬度及6 0 0 C 红硬性影响 r 形髟一一。， 一哆纱“III1 1 6 01 1 8 01 2 2 01 2 4 0淬火温度，C4 2 热处理性能淬回火硬度红硬性抗弯强度不同A I 含量M 2 回火曲线( 1 2 l O C 淬火)- - O - - H R eC p = 1 0 9 4- - m - - - H R cC p = 1 0 7 5+ 红硬性C p = 1 0 9 4w 哆
7、。+ 红硬性C p = 1 0 7 5觑一一眵沙渊K“德、 譬之悬：扩N 以0；彩“獭3 2 04 5 05 4 05 5 05 6 05 8 06 0 0回火温度，C1 7 一加斛跎o叱工越擎凰4 3 热处理性能一致性化学成分的一致性供方识别按供方、熔炼炉号组批注意脱碳控制组织的一致性( 冶金工艺的一致性)热处理工艺的一致性譬7 嚣 帕 量凸。 型 口 塔帐5 热处理对组织性能影响5 1 热处理过程中组织变化( 图) 奥氏体( A ) 一马氏体，贝氏体一回火马氏体( M)温 度，善 翼晷 苗诿5 2 冷却速度对组织性能影响、弋、 、 、 1、I、LL、j、l、；l、I 艺p弋弋 | |l、一
8、杆一LLtA c l e ( 2 K ，m I n )l1ltI 。r 竹 二一j 1 1 一一 一 A c l) ( 2 ，r rI n|ff|LU + Kl 。、|，7 、P ILVU 7 、3 p| ，Il I1k巧1 4 161 2 ：1 51 2 K 加i ”10 , 5 1( T 1 i n、|lWmmLI|1L j寸，。B| 8 5 7 6fI一K s8 3 LU_M g 该工艺简单、周期短、成本低廉,经过处理后的成品刀具寿命比处理前可提高两倍以上.8.期刊论文 易小勇.李长生.宋昌才.司艺.Yi Xiaoyong.Li Changsheng.Song Changcai.Si Y
9、i 复合固体润滑膜的切削性能研究 -润滑与密封2010,35(6)机床进行切削加工时, 通常需要消耗大量的切削液,为了实现节能减排,将磷化膜和含钛酸钾晶须的固体润滑膜组成的复合固体润滑膜涂敷在高速钢 车刀上,进行切削试验,并与切削油(煤油)进行切削效果对比.结果表明,复合固体润滑膜的切削性能与煤油切削油相当,且可有效降低高速钢刀具的磨损量 ,特别是在较大的进给量时;高速钢刀具表面经涂敷复合固体润滑膜后,能改善切削时润滑条件,减少切屑和刀具的黏附,提高刀具的耐磨寿命和加工精度.9.学位论文 刘杰 多元复合涂层高速钢刀具切削性能及磨损机理研究 2008刀具涂层技术作为提高刀具切削性能的有效途径,已
10、引起世界各国制造业的高度重视,得到了迅速的发展和推广应用。本文采用先进的闭合场非平衡 磁控溅射离子镀复合PVD技术,制备了CrAlTiN多元复合涂层,研究分析了涂层特性及涂层高速钢刀具的切削性能、磨损机理和应力分布状况。用扫描电子显微电镜(SEM)和投射电子显微电镜(TEM)对涂层表面和截面的观察结果表明,磁控溅射CrAlTiN多元复合涂层与高速钢基体的匹配较为理 想,涂层组织均匀、细密；结合X射线衍射(XRD)分析,涂层沿厚度具有结构和成分的双重梯度结构,以及高的热稳定性；用压痕、划痕和针盘等试验表明 ,涂层具有高的硬度和韧性,优异的抗摩擦、磨损性能,且与基体结合良好。用CrAlTiN多元复
11、合涂层M2高速钢刀具进行了大量的干式车削和铣削试验,研究分析了涂层刀具的切削性能。结果表明,与未涂层刀具相比,CrAlTiN多 元复合涂层M2高速钢刀具的切削性能明显改善,切削力减小,切削过程平稳,刀具磨损减小,寿命延长。用数理统计方法建立了涂层刀具切削力与刀具寿命 的经验公式,揭示了切削力与刀具寿命随切削用量变化的规律。通过对刀具磨损区域的观察分析,表明涂层刀具具有与未涂层刀具明显不同的磨损形貌和磨损规律。涂层刀具的初期磨损阶段较短,正常磨损阶段明 显延长；涂层能阻碍刀具磨损,但在各个磨损阶段涂层的作用不同。进一步用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对刀具磨损表面进行成分分析,结果表明涂层
12、车刀前刀面磨损区有少量涂层以片状结构的形式存在,涂层车刀后刀面的氧化磨损比前刀面严重；涂层铣刀前刀面的扩散磨损和氧化磨损都很小,主要是 磨粒磨损,涂层铣刀后刀面涂层脱附现象明显。用有限元法(FEM)分析了涂层与未涂层M2高速钢车刀的应力分布状态,获得了其von Mises等效应力分布,发现前刀面上出现最大von Mises等效应力的 区域,涂层车刀距切削刃较远,而未涂层车刀距切削刃较近。表明涂层具有保护刀具切削刃,避免产生崩刃的作用。结合对涂层车刀前刀面磨损区域的观察 ,发现其初期磨损区域基本上与出现最大von Mises等效应力的区域吻合,表明机械应力是导致涂层早期失效的主要原因。10.期刊论文 刘劲松 采用深冷处理,提高高速钢刀具使用寿命 -长沙航空职业技术学院学报2002,2(3)对高速钢进行深冷处理可有效促使残留奥氏体向马氏体转变及超细碳化物的析出,使刀具获得较佳的综合力学性能,显著提高了高速钢刀具的使用寿命.本文链接：http:/ 授权使用：太原科技大学(tykjdx)，授权号：f80decee-fb7b-485e-b6f3-9e6700a7b564 下载时间：2011年1月10日
