高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究

使用硬质合金刀具材料进行钛合金(Ti-6Al-4V)的高速干车削试验.采用电子扫描显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌,通过能谱分析(EDS)分析磨损表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.研究结果表明,使用硬质合金刀具材料高速干车削Ti-6Al-4V时,刀具的磨损机理主要为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.硬质合金刀具的氧化磨损主要发生在刀具前刀具和后刀面的磨损边缘区.由于车削过程中刀具前刀面的切削温度比后刀面的切削温度高,导致刀具前刀面的氧化磨损、粘结磨损和扩散磨损较后刀面严重.     

端铣Ti40阻燃钛合金的刀具磨损破损形态及其机理

分别采用油冷和低温喷雾射流冷却方法开展了涂层硬质合金刀具端铣Ti40阻燃钛合金试验,结合铣削力和铣削温度,对刀具磨损破损形态及其磨损机理进行了系统研究.结果表明:涂层硬质合金刀具在铣削Ti40阻燃钛合金时主要磨损形式为前刀面月牙洼磨损和后刀面边界磨损;前后刀面破损形态主要表现为涂层贝壳状剥落、裂纹和微崩刃.磨损机理主要是黏结磨损、磨粒磨损、氧化磨损及疲劳破损的综合作用.铣削高温是造成硬质合金刀具快速磨损的主要原因.低温喷雾射流冷却方式明显降低了铣削温度,减轻了刀具黏结磨损、氧化磨损,同时抑制了刀具边界磨损的发展速度,因而大幅度提高了刀具的耐用度.     

纳米TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削AerMet100钢的磨损机理

采用纳米TiAlN结构涂层硬质合金刀具对新型难加工材料AerMet100钢进行高速铣削试验,并对实验获得的数据从刀具磨破损形态及其磨损机理两方面进行系统地分析和研究.研究表明纳米TiAlN结构涂层硬质合金刀具在高速面铣削AerMet100钢时磨损破损形式主要为前刀面磨损、后刀面磨损、涂层材料的破损、微崩刃、边界沟槽磨损和贝壳状崩落;磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.此外,研究发现,高速铣削AerMet100钢时,由于工件材料中的Co含量较高,刀具中的Co元素不但没有扩散流失,反而增加.     

纳米TiAIN涂层硬质合金刀具高速铣削AerMet100钢的磨损机理

采用纳米TiAIN结构涂层硬质合金刀具对新型难加工材料AerMet100钢进行高速铣削试验,并对实验获得的数据从刀具磨破损形态及其磨损机理2方面进行系统地分析和研究。研究表明纳米TiAIN结构涂层硬质合金刀具在高速面铣削AerMet100钢时磨损破损形式主要为前刀面磨损、后刀面磨损、涂层材料的破损、微崩刃、边界沟槽磨损,贝壳状崩落;磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损。此外,研究发现,高速铣削AerMet100钢时,由于工件材料中的Co含量较高,刀具中的Co元素不但没有扩散流失,反而增加。     

高速铣削难加工材料时硬质合金刀具前刀面磨损机理及切削性能研究

采用涂层硬质合金刀具和细晶粒硬质合金刀具对超高强度合金钢(硬度＞50HRC、抗拉强度σb＞1.4 GPa)和马氏体不锈钢(硬度＞30HRC)等难加工材料进行了干式高速端面铣削试验;选择刀具寿命作为刀具切削性能的评价指标,利用X射线能谱仪和扫描电子显微镜分析了硬质合金刀具前刀面的磨损形态、磨损机理以及刀具的切削性能.结果表明:在难加工材料的高速铣削过程中,涂层硬质合金刀具主要失效形式为前刀面磨损,细晶粒硬质合金刀具主要失效形式为前刀面月牙洼磨损与剥落;2种刀具的主要磨损机理均为扩散磨损和氧化磨损.对细晶粒硬质合金刀具而言,在考虑刀具材料与工件材料适配性的基础上,必须利用合理的刃口强化处理来降低磨损初期的刃口微崩刃倾向.     

微细铣削铅黄铜时微径铣刀的损伤研究

采用TiAlN涂层硬质合金微径铣刀在微小型机床上对铅黄铜(HPb63-3)工件进行了微细铣削加工试验研究,全面分析了微刀具的磨损、破损形态及磨损失效机理.结果表明:在微细铣削加工条件下,微径铣刀主要失效与磨损区发生在刀尖部位,刀具的磨损与破损形态呈现显著的尺度效应.微细铣削铅黄铜材料时,微刀具的主要失效形式表现为涂层剥落与刀尖破损;主要磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损等损伤机制.刀具与工件之间存在着扩散作用,但并不是引起刀具磨损的主要原因.     

高速切削刀具磨损表面形态研究

对立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具及超细晶粒硬质合金刀具高速铣削灰铸铁、调质45#钢和淬硬45#钢时的刀具磨损形态及其磨损机理进行观察和分析.结果表明:在高速切削条件下,不同刀具材料与工件材料匹配时的刀具磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损、微崩刃、剥落和破损等;高速切削时刀具的前刀面磨损形态不同于常速切削时的磨损形态,即磨损不表现为月牙洼的形式,而是表现为切削刃处磨损最大的斜面磨损形式,前刀面磨损区域随切削速度提高而减小,但磨损深度增大.研究结果可用于指导高速切削刀具材料的设计、合理选用及刀具磨损控制.     

Al_2O_3/TiCN涂层刀具的滑动磨损性能及切削性能研究

进行了滑动摩擦磨损和高速干切削试验,研究了Al_2O_3/TiCN涂层硬质合金刀具材料的磨损机理.结果表明:摩擦系数随着滑动速度的增加而减小,在FN=10 N时,摩擦系数最大.随着载荷和滑动速度的增加,磨损率有减小的趋势.受摩擦力和摩擦热的作用,在涂层刀具材料表面形成鱼鳞状的粘结层,随着速度和载荷增加,粘结的金属材料增多.在刀具前刀面靠近刀尖处形成了耐磨氧化物,提高刀具抗磨损性能,但在后刀面易形成少量的铁氧化物,加剧刀具磨损.其中,在刀具材料磨损表面形成的次生粘结层或氧化薄膜(如TiO_2、SiO_2),起到了润滑、减摩的作用,有利于刀具材料耐磨性能的提高.本文中的研究成果可望在指导高强度钢类材料的高效、高质量加工中发挥积极地作用.     

在氮气介质中WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦磨损性能研究

在THT07-135型高温摩擦磨损试验机上采用销-盘式接触形式,研究了WC-Co硬质合金/Ti6Al4V钛合金摩擦副在氮气介质中的摩擦磨损性能,并与空气介质中的摩擦磨损性能进行对比.结果表明:与空气介质相比,在氮气介质中WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数稍低;WC-Co硬质合金比Ti6Al4V钛合金的磨损量低得多,氮气介质具有一定的减磨作用;钛合金材料的主要磨损机理为摩擦副之间产生较强的犁沟与挤压撕裂,而硬质合金的主要磨损机理为磨粒磨损与粘结剥落.     

冷风切削对高速切削难加工材料刀具磨损的影响

基于复合制冷技术研制1种低温冷风/低温最小量润滑供给装置,使用TiAlN涂层硬质合金刀具进行干切削、最小量润滑(MQL)、低温冷风及低温最小量润滑(低温MQL)条件下镍基高温合金Inconel 718的高速车削试验和淬硬钢AISI D2的高速铣削试验,通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察分析硬质合金刀具的磨损形态、磨损机理,研究低温冷风和低温MQL对高速切削难加工材料刀具磨损的影响.结果表明:高速切削Inconel 718和AISI D2时,刀具磨损机理主要为磨料磨损、黏结磨损和扩散磨损;低温冷风和低温MQL可有效降低高速切削时的切削温度,进而防止刀具软化,减小磨料磨损和与温度相关的黏结磨损、扩散磨损,因而可大幅度地提高刀具的使用寿命.     

高速车削300M超高强度钢时的Al2O3 基陶瓷刀具磨损机理研究

使用Al2O3基陶瓷刀具对300M超高强度钢进行了干切削试验,采用电子扫描显微镜（SEM）观察刀具的磨损形貌,并通过能谱分析仪（EDS）测量了陶瓷刀具磨损微区的各元素含量,分析了陶瓷刀具的主要磨损机理.结果表明：陶瓷刀具磨损的主要机理为粘结磨损、磨粒磨损和氧化磨损.粘结磨损主要发生在前刀面上,且受刀具材料和工件材料接触点应力状态的影响.刀具前、后刀面的磨损边缘区易发生氧化磨损.     

等离子喷涂层接触疲劳失效模式及失效机理的研究

研究了等离子喷涂层在不同应力水平下的接触疲劳失效模式与声发射幅值的对应关系,并分析了涂层的接触疲劳失效机理.结果表明:声发射幅值与接触应力的大小无明显的关系,根据疲劳失效时的声发射幅值可以判断涂层接触疲劳失效模式,幅值为87～93 dB时易发生剥落或分层失效,幅值为78～83 dB易发生点蚀失效.涂层表面微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损以及涂层、磨粒、轴承球三者形成的三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因.剥落失效主要与涂层表面微观缺陷处裂纹的萌生、扩展以及表面磨损行为有关.层内分层失效是由涂层内部最大剪切应力控制的,而界面分层失效主要是由涂层与基体的低结合强度、热失配以及界面剪切应力造成的.     

P110油管钢表面镀Cu与镀Ni-P摩擦磨损性能的比较

在P110油管钢表面分别制备了Cu镀层和Ni-P镀层,采用SEM、EDS和STM等方法对比研究了P110油管钢基体、Cu镀层和Ni-P镀层的摩擦磨损性能,分析了磨痕形貌、磨损率和摩擦系数的异同,探讨了磨损机理.结果表明:Cu镀层和Ni-P镀层的耐磨性均明显优于P110油管钢基体,且Ni-P镀层的耐磨性优于Cu镀层;P110油管钢基体的磨痕呈磨坑形貌,磨损机理为剥层磨损和磨粒磨损;Cu镀层的磨痕表面附着Cu磨屑,磨屑受压发生塑形变形,磨损机理为疲劳磨损和黏着磨损;Ni-P镀层的磨痕呈细小的犁沟形貌,磨损机理为轻微磨粒磨损.     

不同法向载荷下TiN涂层磨损寿命与失效机理研究

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图. 研究结果表明:TiN涂层/HSS试样摩擦系数随循环次数增加呈上升趋势;TiN涂层/WC-Co试样在30 N法向载荷下的摩擦系数随循环次数呈上升趋势,在60~120 N法向载荷下摩擦系数波动较大. 涂层试样的磨损深度随法向载荷与循环次数的增加而增加. TiN涂层/HSS试样在30 N法向载荷的主要失效形式是磨粒磨损、轻微黏着磨损和氧化磨损,在60~120 N法向载荷的主要失效形式是涂层断裂、磨粒磨损和剥层磨损. TiN涂层/WC-Co试样在30~50 N法向载荷下的主要失效形式是磨粒磨损,在60~120 N法向载荷下的主要失效形式是严重剥层. TiN涂层的磨损寿命图可以分为两部分:涂层工作区和涂层失效区. 接触应力越大,涂层磨损寿命越短. 基体材料抵抗变形的能力越强,涂层磨损寿命越长. TiN涂层/HSS基体具有良好的抵抗法向载荷的能力和较长的磨损寿命.      

TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能

采用TiB2增强Al2O3陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具的自润滑.结果表明:低速干切削时,Al2O3/TiB2陶瓷刀具的磨损机制主要表现为粘着磨损和磨料磨损;而在高速干切削时,刀具的磨损机制主要表现为氧化磨损,刀具表面经由氧化反应生成具有润滑作用的反应膜而起到固体润滑作用,从而使刀具的耐磨性能提高,随着TiB2含量和切削速度的增加,反应膜的减摩抗磨作用增强;而在切削区通入氮气时,由于刀具表面氧化膜形成受阻,刀具的抗磨能力有所降低.     

几种铝锡硅铜合金的摩擦磨损特性

采用环－块摩擦磨损试验机，考察了含Ｓｉ质量分数为１％～５％的Ａｌ－２０Ｓｎ－Ｓｉ－１Ｃｕ合金及传统的Ａｌ－２０Ｓｎ－１Ｃｕ合金的摩擦磨损性能．结果表明：几种Ａｌ－２０Ｓｎ－Ｓｉ－１Ｃｕ合金的磨损率低于Ａｌ－２０Ｓｎ－１Ｃｕ合金的磨损率，并且随Ｓｉ含量的增加而降低．干摩擦时，摩擦因数随Ｓｉ含量的增加无明显变化；油润滑时摩擦因数则随Ｓｉ含量的增加而略微减小．两类合金的摩擦因数均随滑动速度的增加而减小，随摩擦时间的增加先增加后减小并趋于稳定．磨损表面的ＳＥＭ分析表明：Ａｌ－２０Ｓｎ－Ｓｉ－１Ｃｕ合金在干摩擦下的磨损机制主要是磨粒磨损和氧化磨损，而Ａｌ－２０Ｓｎ－１Ｃｕ合金则包括粘着、疲劳及磨粒磨损等多种形式．在油润滑下，两者的磨损机理则分别为犁削作用和疲劳磨损及分层磨损．