陶瓷刀具干切削等温淬火球铁(ADI)的磨损机理研究.pdf

第26卷第1期摩擦学学报VOl26，NO1
2006年1月TRIBOLOGYJan，2006

陶瓷刀具干切削等温淬火球铁(ADI)
的磨损机理研究

郭旭红，芮延年，朱圣领，董桂岩
(苏州大学机电工程学院，江苏苏州215021)

摘要：采用陶瓷刀具(CC650)和YG6硬质合金刀具对等温淬火球墨铸铁(以下简称ADD材料进行干式精车切削试
验，采用带有x射线能谱分析的扫描电子显微镜观察刀具磨损表面形貌，用能谱仪对刀具磨损微区和工件表面成分
进行分析，用x射线衍射仪对刀具、ADI材料和切屑等试样进行物相分析，研究陶瓷刀具磨损形态及其磨损机理．
结果表明：刀具磨损的主要形式为磨粒磨损、粘着磨损、扩散磨损及微崩和脱落；ADI材料中含有微量Al和Ti元
素，在较高速度下切削ADI材料时，刀具与工件之间的亲和性增加而导致粘着磨损；在刀具前刀面平均切削温度大
于800℃以上时，ADI材料中的元素Fe和Si扩散到刀面，刀具中的元素Al和Ti扩散到ADI材料表面，从而加剧刀
具的磨损；切削后ADI材料表面出现的AlO。相及切屑中的FeCr相等高硬度化合物颗粒是造成CC650刀具磨粒磨
损的主要原因．
关键词：等温淬火球墨铸铁(ADD；陶瓷刀具；磨损机理；刀具寿命
中图分类号：TG115．6；TH117．3文献标识码：A文章编号：1004—0595(2006)01—0073—06

等温淬火球墨铸铁(AustemperedDuctileIron，
1实验部分
以下简称ADI)，具备许多优良可靠的机械性能，能
够最大程度地发挥球墨铸铁的潜在能力，其制造技术1．1材料制备及性能
引起各国材料工作者和铸造工程界的广泛重视[1q]．试验材料采用经过等温淬火处理的ADI，由中
目前，国内各生产厂家生产出的ADI材料的材国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所提供．其成分
质相差较大，尚未有统一的国家标准[2]，采用传统的为(以质量分数计)3．609，5C、2．859／5Si、0．30％Mn、
加工方法和刀具加工ADI时，其加工性能和锻钢相0．609／6Cu、0．30Mo、0．10％Cr、0．035％P、0．016
当，刀具磨损严重，使用寿命较短，属于较难加工材S、0．059／5A1、0．0049，5Ti；抗拉强度crb一1200MPa，
料L4；在较低的切削速度下车削加工ADI时会产生屈服强度一900MPa，延伸率一39，5，冲击韧性
积屑瘤[5]．文献E6-91指出，ADI材料的机械加工有一35J／cm，硬度48HRC．球墨铸铁为尺寸40mm
2大难题：一是ADI材料的硬度很高；二是在切削过×400mm的圆柱形试样，先经890℃保温2h达到
程中ADI材料的微观组织会发生明显的变化．到目奥氏体化，然后在硝酸槽中于340-360℃下等温1h
前为止，国内外学者采用陶瓷刀具加工淬硬钢、不锈后空冷，基体组织为下贝氏体．
钢、钛合金、镍基合金和冷硬铸铁等难加工材料时刀1．2试验方法
具磨损及其机理等方面的研究成果较多[1M]，而有试验用车床型号为CA6140，采用机夹不重磨陶
关利用陶瓷刀具加工ADI材料时其磨损性能和机理瓷刀片进行切削试验，并用硬质合金作为对比刀具材
等研究成果很少．料．陶瓷刀具(A1O。／TiC复合陶瓷)的刀片由瑞典
鉴于此，本文作者基于切削磨损试验，对磨损表SANDVIK公司制造，型号SNGA120408T01020
面形貌进行微观分析，研究了不同切削速度下陶瓷刀CC650，其尺寸为12mm×12mm×4．8mm；刀片装
具干式车削ADI时的磨损形态及其机理，期望为夹后刀具的几何参数为：7o一一6。，n。一6。，一一4。，
ADI材料的推广应用提供实验依据．一75。，／Cr一15。，刀尖圆弧半径，．一0．8mm，负倒棱

基金项目；苏州大学青年基金资助项目(Q3117216)．
收稿日期l2005—02—02’修回日期：2005—09一o2／联系人郭旭红，e—mail：xuhongguo~suda．edu．cn
作者简介：郭旭红，男，1963年生，教授，硕士生导师，目前主要从事切削加工技术研究．

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b×7o一0．1mm×(一26。)；硬质合金刀具的牌号为倍，刀具寿命缩短约1／2左右．因此，用CC650陶瓷刀
YG6，装夹后刀具的几何参数分别为：7o一15。，ao一9。，具干切削ADI时，切削速度仍然是影响刀具寿命的
九一0。，一44。，一46。，y。一0。．切削参数按照精加重要因素．
工选取，切削速度口分别选用57m／min、89m／min图2示出了Ve一57m／min时，2种刀具切削ADI
以及141m／min，背吃刀量ap—O．3mm，进给速率厂

一0．16mm／r．刀具磨钝标准取后刀面磨损值V