一脓杉、引言

TiN涂層高速鋼刀具多為復(fù)雜刀具,在TiN涂層刀具磨損性能試驗(yàn)中,為便于觀察,特按復(fù)雜刀具的角度設(shè)計(jì)制作了試驗(yàn)用刀片,將其安裝在機(jī)夾式刀體上,在無級(jí)調(diào)速車床上進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)信粮。刀片基體材料為W9Mo3Cr4V,常溫硬度64～65HRC馋袜。刀片在美國(guó)多弧公司MAV-32型離子鍍膜機(jī)上涂層,膜層厚度為2.4～3.1μm,顯微硬度約為2000HV男旗。在一定的切削條件下,用涂層刀具和未涂層刀具分別切削相同的工件,同時(shí)測(cè)量切削力和切削溫度的數(shù)值,利用雙管立體顯微鏡舶斧、光切法顯微鏡和掃描電鏡等觀察刀具各個(gè)部位的磨損形貌和磨損尺寸,然后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合處理和分析。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了大量生產(chǎn)性觀測(cè),以驗(yàn)證試驗(yàn)分析的結(jié)論剑肯。

二捧毛、涂層刀具的磨損形態(tài)及磨損規(guī)律

涂層刀具和未涂層刀具一樣,正常磨損發(fā)生在三個(gè)面上,即前刀面月牙洼磨損、后刀面磨損及副后刀面磨損,其中以前让网、后刀面磨損為主呀忧。

當(dāng)切削速度較高或切削厚度較大時(shí),月牙洼磨損一般較嚴(yán)重；當(dāng)切削速度較低或切削厚度較小時(shí),以后刀面磨損為主溃睹。圖1所示為典型的涂層刀具前而账、后刀面磨損形貌。從大量的照像觀察中可看出涂層刀具磨損的一些特點(diǎn)因篇。涂層刀具月牙洼的中心靠近切削刃,月牙洼邊界參差不齊,當(dāng)月牙洼寬度相等時(shí),涂層刀具月牙洼的深度遠(yuǎn)大于未涂層刀具泞辐。涂層刀具后刀面磨損的主要特點(diǎn)是磨損帶表面和切削平面不位于同一平面。涂層刀具在切削過程中產(chǎn)生了負(fù)后角磨損帶或后刀面月牙洼磨損,觀測(cè)結(jié)果表明,磨損帶遠(yuǎn)離切削刃處的負(fù)后角約為14°竞滓。

前刀面磨損的擴(kuò)展及涂層的作用

利用獲得的一系列前刀面的磨損圖片,繪制出月牙洼擴(kuò)展曲線咐吼。可看出,涂層刀具和未涂層刀具前刀面磨損的產(chǎn)生和擴(kuò)展情況明顯不同瞧佃。在較高的切削速度下,未涂層刀具在很短時(shí)間內(nèi)即形成很寬的月牙洼搔献；而涂層刀具開始時(shí)并不產(chǎn)生明顯的月牙洼,只是隨著涂層的逐漸磨損,月牙洼才緩慢擴(kuò)展。涂層刀具的月牙洼邊界呈鋸齒狀擴(kuò)展袭甲。在遠(yuǎn)離切削刃的一邊,涂層刀具月牙洼的底面相對(duì)于前刀面較為陡直榛瞪。對(duì)于相同的月牙洼寬度(KB),涂層刀具的月牙洼深度(KT)總是明顯大于未涂層刀具。

切削用量:

V＝75m/min,f＝0.11mm/r,ap＝1.25mm

工件材質(zhì):

45鋼,179HBS赊蚁；乳化液冷卻

結(jié)合月牙洼深度(KT)隨時(shí)間變化的曲線,大量觀測(cè)可進(jìn)一步分析涂層的存在對(duì)前刀面磨損的影響窟诈。由于涂層的存在,前刀面的月牙洼磨損可明顯分為四個(gè)階段:第一階段月牙洼還未形成,在此階段涂層起著硬隔膜作用,但此階段時(shí)間較短。第二階段由于前刀面基體材料的軟化和涂層的磨損,涂層在某一區(qū)域內(nèi)被磨蝕掉或成塊地被切屑帶走,在前刀面上很快形成月牙洼某尘。第三階段為月牙洼的緩慢擴(kuò)展期,這時(shí)涂層起著邊界阻礙作用掏手。在此階段涂層的失效不僅僅是因?yàn)?a target="_blank" class="mmstipa1" >機(jī)械磨損,而是機(jī)械磨損與掀裂的共同作用,月牙洼的邊界擴(kuò)展經(jīng)歷了幾個(gè)連續(xù)的過程:首先涂層在某一部位被掀裂后月牙洼自由擴(kuò)展,當(dāng)擴(kuò)展到涂層邊界后,進(jìn)入邊界磨損擴(kuò)展和疲勞掀裂的準(zhǔn)備階段。由于基體和涂層的磨損速度不同,使邊界處變得陡直,切屑流向和涂層面的夾角增大,由于涂層的柱狀晶粒垂直于涂層表面,涂層很容易被掀裂厦鸠。涂層某一部位被掀裂后,磨損又進(jìn)入了自由擴(kuò)展期碌掩。在第三階段涂層起著邊界阻礙作用,由于連續(xù)經(jīng)過了幾個(gè)過程,使月牙洼邊界呈鋸齒狀。第四階段為月牙洼磨損的末期,在此階段,切屑的流動(dòng)方向與涂層面的夾角很大(測(cè)量表明可達(dá)25°～30°),涂層由于很容易被掀裂而喪失了阻礙作用蛆存。

從以上分析可看出,前刀面涂層可減緩月牙洼磨損主要是通過邊界阻礙作用,而硬隔膜作用是次要的。月牙洼邊界擴(kuò)展的減緩使月牙洼深度擴(kuò)展減緩响禽。當(dāng)邊界擴(kuò)展到一定程度后,涂層就喪失了阻礙作用徒爹。

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