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涂层刀具的磨损机制

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发布日期:2018-09-10 作者: 点击:

   自从上世纪70年代晚期TiN涂层使用于高速钢金属切削刀具以来,PVD涂层已成为刀具磨损防护的规范手法,而如今的涂层中间可以为高速钢刀具供给各种类型的陶瓷薄涂层。厚度为1-10µm的PVD薄涂层首要以两种方法来维护刀具切削刃:①作为抵挡磨料磨损和细微粘结磨损的维护层;②经过削减刀具与工件资料之间的冲突,特别是切屑与前刀面之间的冲突,来下降刀具温度。

    

   这种涂层将很高的硬度(高耐磨性)和与金属资料相对较低的化学反应活性(低可溶度)联系在一起,而后者可防止作为粘结磨损先决条件的熔焊机制的发作。因而,如今的大多数常用PVD涂层都是经过疲惫和不接连的剥离/掉落而失效,而不是经过缓慢的逐步磨损被去掉。一旦外表涂层被去掉,涂层刀具的磨损机理就变得与未涂层刀具一样,并且由于涂层刀具一般选用的切削参数更苛刻,因而其磨损程度也更剧烈。

    (1)由于基体制备不良构成涂层掉落

    高速钢刀具基体制备不良首要可以有两种状况:在粗磨/精磨加工时,基体外表温度超越了奥氏体化温度,然后构成了脆性较大的未回火马氏体外表层;或致使基体外表过于粗糙。


    高速钢作为PVD涂层基体时,磨削高温构成的未回火马氏体脆性外表层将使涂层的附着力下降。高速钢刀具的PVD涂层具有数量级为1-5GPa的内部压应力。一般,堆积在高速钢上的TiN涂层具有大概4GPa的横向剩余压应力。这种压应力有利于增强涂层内部的联系力,但却对涂层与基体的粘附性具有晦气影响。过高的压应力加上粗糙的基体外表,可以会致使在没有任何外部载荷的状况下,涂层自行脱离。其缘由是,涂层中的横向压应力加上粗糙的基体,将会在整个涂层/基体界面上发作拉应力。若是该体系遭到外部载荷的效果,涂层就很简单沿着拉应力最大的区域(即沿着刀具上粗糙的垄沟)发作掉落。这些垄沟是磨削技能过于粗豪或磨削参数挑选不妥构成的。


    由基体外表描摹致使涂层失效的另一个比如也标明,在涂层中构成的裂纹可以会蔓延到高速钢资料的表层以下。经过疲惫效应,这些裂纹随后可以会致使切削刃崩刃和严峻的刃口决裂。


    (2)由于基体热软化构成的涂层掉落


    一旦高速钢基体资料到达了会发作过度软化的温度水平,就无法接受触摸压力和涂层的脆性开裂。涂层下方较暗的酸蚀断面明暗比照标明因过度回火而发作了热软化。然后,这种涂层开裂和单个碎片又被分解为更细微的碎片。


    切削刃磨损的散布与演化


    以上描绘的磨损机制结尾将会致使刀具的磨损超越磨钝区分规范(或许是给定的后刀面、前刀面磨损宽度,或许是某种程度的刃口变钝)。


    以TiN涂层滚刀刀齿上一个大月牙洼的构成进程(被加工资料为碳钢)为例,这种结尾会制约刀具寿数的磨损发作在前刀面上。开始,滚刀刀齿遭受程度有限的崩刃。与此一起,发作在前刀面的刀具资料热软化(附近涂层处较暗的明暗比照提醒出过度回火的痕迹)下降了涂层的承载才能,使涂层因决裂和脆性开裂而失效。一旦涂层被去掉,就会由于剧烈的粘结磨损,在失掉维护的高速钢刀齿上敏捷构成一个大月牙洼。


    初始期间的磨损往往会经过细微决裂(崩刃)使刀尖变钝,随之而来的是以磨料磨损和粘结磨损为主的线性稳态磨损机制。渐进式的刀尖变钝是切削刃温度继续升高的缘由之一,结尾,经过刃口决裂或严峻的塑性变形,到达加快磨损状况


    进步刀具外表的滑润性和刃口的尖利功可以延伸刀具寿数。涂层的使用进一步强化了这种效果。可是,经过涂层来进步耐磨性,往往是为了进步生产率,而不是为了取得更长的刀具寿数。


    一般,刀具会遭受两种或多种磨损机制的一起效果,但要判别哪一种磨损机制起主导效果可以适当艰难。


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