【編者按】TiN涂層應(yīng)用于高速鋼金屬切削刀具以來，PVD涂層已成為刀具磨損防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)手段，本文闡述了涂層刀具的磨損機(jī)制黑竞。【參閱未涂層刀具的磨損機(jī)制】

　　自從上世紀(jì)70年代末期TiN涂層應(yīng)用于高速鋼金屬切削刀具以來尤吟，PVD涂層已成為刀具磨損防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)手段拘能，而如今的涂層中心可以為高速鋼刀具提供各種類型的陶瓷薄涂層刷寨。厚度為1－10μm的PVD薄涂層主要以兩種方式來保護(hù)刀具切削刃：①作為抵御磨料磨損和輕微粘結(jié)磨損的保護(hù)層；②通過減少刀具與工件材料之間的摩擦侣沐，尤其是切屑與前刀面之間的摩擦铭懂，來降低刀具溫度。

　　這種涂層將很高的硬度（高耐磨性）和與金屬材料相對(duì)較低的化學(xué)反應(yīng)活性（低可溶度）結(jié)合在一起笆低，而后者可防止作為粘結(jié)磨損先決條件的熔焊機(jī)制的產(chǎn)生肉诚。因此，如今的大多數(shù)常用PVD涂層都是通過疲勞和不連續(xù)的剝離/脫落而失效忌挺，而不是通過緩慢的逐漸磨損被去除痊撤。一旦表面涂層被去除，涂層刀具的磨損機(jī)理就變得與未涂層刀具相同嫂藏，而且由于涂層刀具通常采用的切削參數(shù)更嚴(yán)苛袱蔓，因此其磨損程度也更劇烈。

　」鄹础（1）由于基體制備不良造成涂層脫落

　　高速鋼刀具基體制備不良主要可能有兩種情況：在粗磨/精磨加工時(shí)，基體表面溫度超過了奧氏體化溫度页畦，從而形成了脆性較大的未回火馬氏體表面層胖替；或?qū)е禄w表面過于粗糙。

　　高速鋼作為PVD涂層基體時(shí)豫缨，磨削高溫形成的未回火馬氏體脆性表面層將使涂層的附著力降低独令。高速鋼刀具的PVD涂層具有數(shù)量級(jí)為1－5GPa的內(nèi)部壓應(yīng)力。通常好芭，沉積在高速鋼上的TiN涂層具有大約4GPa的橫向殘余壓應(yīng)力燃箭。這種壓應(yīng)力有利于增強(qiáng)涂層內(nèi)部的結(jié)合力，但卻對(duì)涂層與基體的粘附性具有不利影響舍败。過高的壓應(yīng)力加上粗糙的基體表面招狸，可能會(huì)導(dǎo)致在沒有任何外部載荷的情況下，涂層自行脫離邻薯。其原因是裙戏，涂層中的橫向壓應(yīng)力加上粗糙的基體，將會(huì)在整個(gè)涂層/基體界面上產(chǎn)生拉應(yīng)力厕诡。如果該系統(tǒng)受到外部載荷的作用累榜，涂層就很容易沿著拉應(yīng)力最大的區(qū)域（即沿著刀具上粗糙的壟溝）發(fā)生脫落。這些壟溝是磨削工藝過于粗放或磨削參數(shù)選擇不當(dāng)造成的倘封。

　　由基體表面形貌引起涂層失效的另一個(gè)例子也表明癣辉，在涂層中形成的裂紋可能會(huì)蔓延到高速鋼材料的表層以下。通過疲勞效應(yīng)帚萧，這些裂紋隨后可能會(huì)引起切削刃崩刃和嚴(yán)重的刃口破裂传起。

　≈课怼（2）由于基體熱軟化造成的涂層脫落

　　一旦高速鋼基體材料達(dá)到了會(huì)發(fā)生過度軟化的溫度水平，就無法承受接觸壓力和涂層的脆性斷裂同肆。涂層下方較暗的酸蝕斷面明暗對(duì)比表明因過度回火而發(fā)生了熱軟化虏斤。然后，這種涂層斷裂和個(gè)別碎片又被分解為更細(xì)小的碎片末尤。

　　切削刃磨損的分布與演變

　　以上描述的磨損機(jī)制最終將會(huì)導(dǎo)致刀具的磨損超過磨鈍判別標(biāo)準(zhǔn)（或者是給定的后刀面脊距、前刀面磨損寬度，或者是某種程度的刃口變鈍）非阿。

　　以TiN涂層滾刀刀齒上一個(gè)大月牙洼的形成過程（被加工材料為碳鋼）為例种诫，這種最終會(huì)制約刀具壽命的磨損發(fā)生在前刀面上。最初湾关，滾刀刀齒遭受程度有限的崩刃烫饼。與此同時(shí)，發(fā)生在前刀面的刀具材料熱軟化（鄰近涂層處較暗的明暗對(duì)比揭示出過度回火的跡象）降低了涂層的承載能力试读，使涂層因破裂和脆性斷裂而失效杠纵。一旦涂層被去除，就會(huì)因?yàn)閯×业恼辰Y(jié)磨損钩骇，在失去保護(hù)的高速鋼刀齒上迅速形成一個(gè)大月牙洼比藻。

　　初始階段的磨損往往會(huì)通過輕微破裂（崩刃）使刀尖變鈍，隨之而來的是以磨料磨損和粘結(jié)磨損為主的線性穩(wěn)態(tài)磨損機(jī)制倘屹。漸進(jìn)式的刀尖變鈍是切削刃溫度持續(xù)升高的原因之一银亲，最終，通過刃口破裂或嚴(yán)重的塑性變形纽匙，達(dá)到加速磨損狀態(tài)务蝠。

　　提高刀具表面的平滑性和刃口的鋒利性可以延長(zhǎng)刀具壽命。涂層的應(yīng)用進(jìn)一步強(qiáng)化了這種作用烛缔。然而馏段，通過涂層來提高耐磨性，往往是為了提高生產(chǎn)率践瓷，而不是為了獲得更長(zhǎng)的刀具壽命笋棵。

　　通常，刀具會(huì)遭受兩種或多種磨損機(jī)制的共同作用褪鸳，但要判斷哪一種磨損機(jī)制起主導(dǎo)作用可能相當(dāng)困難蛾岳。

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