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球墨铸铁等温淬火前后切削加工性能研究
李专洋
摘要：球墨铸铁等温淬火后力学性能大大增强，但切削加工性随之变差。
本文分析热处理后材料微观组织的变化，并采用晶体压电传感测力仪、电荷放
大器及计算机组成的切削力数据采集系统测量陶瓷刀具干切削球墨铸铁（DI）
及等温淬火处理后的球墨铸铁（ADI）时的切削力。比较不同切削深度、进给速
度及切削速度下，DI和ADI两者之间切削力大小关系，观察两者切屑形态的异
同，研究球墨铸铁等温淬火前后切削加工性能的变化。结果表明，等温淬火后
随着金相组织的转变，材料力学性能大幅增强，切削力大幅增加，切屑短小崩
碎,易飞溅，切削加工性能明显变差。
关键词：等温淬火球墨铸铁（ADI）；陶瓷刀具；切削力；切屑形貌
TheCuttingPropertiesofDuctileIronandAustemperedDuctileIron
Abstract:Afterisothermalquenchingtreatment，themechanicalpropertiesofductile
iron(DI)specimenswillgreatlyincreased.Butthemachinabilityofaustempered
ductileiron(ADI)willbebad.Thechangesofmicrostructureofmaterialsafter
isothermalquenchingtreatmentwerestudied,andthecuttingforceofDIandADIdry
turnedbyceramiccuttingtoolscouldbemeasuredwiththedatacollectingsystem
consistedofKistler9257Bpiezoelectriccrystalsensordynamometerand
Kistler5070A10100chargeamplifier.TherelationshipofcuttingforcebetweenDI
andADIcanbecomparedundertheconditionsofdifferentcuttingdepth,feedand
cuttingspeed.Andthenobservethedifferencesbetweenthesecuttingshapes,study
thechangesofmachinabilityofADIandDI.Theresultsshowedthatthemechanical
propertiesandcuttingforceincreasedgreatlyasthemetallographicstructurechanged
afterisothermalquenchingtreatment,butthemachinabilitygotbad.Thecutting
crumbswereshort,fragileandapttosplashed.
Keywords:Austemperedductileiron(ADI);Ceramiccuttingtools;Cuttingforce;
Microstructureofchips
引言
等温淬火后，球墨铸铁强度、硬度、耐磨性大大提高，但是等温淬火后其
机加工性能随之变差，直接影响了ADI材料的发展。其切削加工性能将是ADI
材料进一步发展所必须研究的问题之一[1]。
刘金城等人指出ADI材料在等温淬火前后均可进行机械加工，美国ADI铸
件材料大部分在等温淬火前进行机加工，欧洲ADI材料大部分是在等温淬火后
进行机加工。机加工问题的研究促进了ADI在美国和欧洲的扩大应用[2]。张弘
弢等人选用国内外四种切削铸铁的PCBN复合刀具在不同切削速度下研究ADI
材料的切削加工性能[5]。K.Katuku等人采用PCBN刀具对ASTMGrade2ADI材
料，在改变切削速度的条件下研究ADI材料精加工时切削加工性能[3]。B.Avishan
等人对不同等温淬火得到的ADI材料进行了力学性能测试，并用CVD涂层刀具
对ADI材料进行切削加工研究[4]。
1实验部分

1
1.1切削试样的制备

表1DI试样化学成分[wt.%]
元素CSiMnPSMgReAlTiCu

MoCr

含量3.1~3.92.0~3.00.40≤0.10≤0.030.020.020.050.0040.60

0.300.10

试验材料的化学成分如表1所示，均制成f60´400mm的圆柱形试样。试样经
过890℃加热2小时达到完全奥氏体化后，在300℃硝酸槽中进行等温淬火，保
温1小时后空冷得到。
材料热处理前后力学性能对比，如表2。
表2试样热处理前