硬質(zhì)合金CEMENTED TiN涂層硬質(zhì)合金刀具切削高錳鋼的磨損破損研究韓桂泉胡喜蘭1（1淮海工學(xué)院化學(xué)工程系，連云港222005；2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)，北京100083）具前、后刀面顯微磨損、破損形貌和化學(xué)變化。結(jié)果表明，TiN涂層硬質(zhì)合金刀具切削奧氏體高錳鋼時(shí)耐磨性優(yōu)于單一硬質(zhì)合金刀具，且適于低速切削（小于30m/min）%TiN涂層刀具的磨損、破損機(jī)制包括：低速長(zhǎng)時(shí)間切削時(shí)刀尖塑性流動(dòng)擴(kuò)展為平行于前刀面的脆裂；中速切削時(shí)刀頭平行于前刀面脆裂和進(jìn)而的擴(kuò)散磨損；高速切削時(shí)刀頭的韌性斷裂。

　　高錳鋼是典型的耐磨鋼。由于奧氏體高錳鋼在切削時(shí)，相劇烈的切削變形導(dǎo)致高密度位錯(cuò)和形變孿晶的形成，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的加工硬化；切削溫度在400~800時(shí)，相析出大量碳化物硬質(zhì)點(diǎn)，使高錳鋼的硬度增加，塑性幾乎接近于零；高錳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)很低，僅為中碳鋼的1/4，因此，高錳鋼屬于典型的難加工材料。過去高錳鋼主要應(yīng)用于破碎機(jī)、挖掘機(jī)、球磨機(jī)等毋須切削加工的領(lǐng)域。近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，高錳鋼已成為磁懸浮列車、鑿巖機(jī)器人、新型坦克、大型露天開采等先進(jìn)裝備中**的耐磨材料。本文利用TiN涂層硬質(zhì)合金刀具對(duì)奧氏體高錳鋼進(jìn)行了切削加工試驗(yàn)，分析了切削過程中的磨損、破損機(jī)制。

　　1試驗(yàn)材料及方法組織為經(jīng)1050水韌處理后單一！相，主要合金成分為：1.05%~1.09%C，12.2%~12.6%Mn，0.7%~0.9%由于高錳鋼使用時(shí)，表面一般要求半精加工，所以切削試驗(yàn)是在半精加工條件下測(cè)量TiN涂層硬質(zhì)合金后刀面磨損寬度和前、后刀面的顯微形貌和元素分析。切削試驗(yàn)條件為：切削深度ap=0.5mm，進(jìn)給合金刀具刃口比較鋒利，后刀面作用力小而前刀面作用力大，因此塑變后前刀面塌陷，刀刃下卷。而TiN涂層刀具要求具有一定的鈍圓半徑，于是在后刀面上刀尖與工件的彈性接觸區(qū)較大，這時(shí)后刀面上的作用力一般大于前刀面上的作用力，所以塑性變形表現(xiàn)為前刀面隆起。塑性變形影響刀具形狀的穩(wěn)定性，改變刀尖處的受力狀態(tài)，使塑性流動(dòng)擴(kuò)展為與前刀面平行的脆性斷裂。是奧氏體高錳鋼再熱溫度與塑性變形的關(guān)系曲線，在400"~800"之間，高錳鋼脆性大大提高，塑性變形幾乎接近零，其原因在于該溫度下高錳鋼中！相析出大量（Fe、Mn）3C所致。因此在v=29m/min，t=70min時(shí)，切削溫度728"（實(shí)測(cè)時(shí)，高錳鋼轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘤膊牧?，刀尖處受到的沖擊力和壓力增加，使刀頭變形并損之前。

　　t=21.5min時(shí)發(fā)生的前、后刀面的磨損形貌。刀具前刀面發(fā)生沿刀面平行方向上的明顯的脆性破裂，而后刀面幾乎未發(fā)生斷裂，此時(shí)的切削溫度為721"，屬于高錳鋼脆硬沖擊導(dǎo)致的破壞，其切削機(jī)制與相符。因此TiN涂層硬質(zhì)合金切削高錳鋼時(shí)，*好在低速（大于30m/min）、一定時(shí)間（小于60min）內(nèi)進(jìn)行切削加工。

　　切削溫度與工件材料、切削用量、切削幾何參數(shù)和切削液四個(gè)主要因素有關(guān)，實(shí)驗(yàn)中采取了相同的切削深度、進(jìn)給量和切削幾何參數(shù)，所以切削溫度主要由切削速度來決定。隨著切削速度提高，切削溫度升高，高溫下硬質(zhì)合金強(qiáng)度變低，塑性有所提高，斷裂4-有C時(shí)的脆性斷裂不留（塑變遍跡E發(fā)生在擴(kuò)散磨shinglSt是涂晶硬質(zhì)合金田8離速切削時(shí)TiN徐層刀具后刀面塑性破損形技和82min高速切削時(shí)的后刀面破損形貌，此時(shí)實(shí)測(cè)切削溫度均超過1000！，切削時(shí)間都不到2min，使刀頭處發(fā)生明顯的韌性斷裂，斷口處有塑性流動(dòng)的痕跡。

　　3結(jié)論TiN涂層硬質(zhì)合金刀具切削奧氏體高錳鋼時(shí)的耐磨性高于普通硬質(zhì)合金（YT15）。

　　TiN涂層硬質(zhì)合金刀具適合于低速切削奧氏體高錳鋼，切削速度應(yīng)小于30m/min.在該速度下隨著切削時(shí)間的延長(zhǎng)，刀尖處發(fā)生機(jī)械磨損、塑性變形和在高錳鋼脆化溫度區(qū)間（400！~800?。┦沟额^沿前刀面破裂。

　　TiN涂層硬質(zhì)合金刀具在切削速度約為40m/min時(shí)，隨著切削時(shí)間延長(zhǎng)，刀頭相繼出現(xiàn)沿平行于刀具前刀面的脆性斷裂和擴(kuò)散磨損。

　?。?）TiN涂層硬質(zhì)合金刀具在高速（5652/min，82m/min）切削奧氏體高錳鋼時(shí)，刀頭發(fā)生韌性斷裂。