W18Cr4V钢离子渗氮——高频复合处理后组织与性能的研究

研究了Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ钢离子渗氮－－高频复合处理后的组织与性能。并进行了耐磨性和刀具使用寿命的对比试验。结果表明，该钢经复合处理后，具有较好的表面硬度和良好的耐磨性，显著地增加了刀具的使用寿命。证明该工艺应用于小型高速钢刀具的热处理是可行的。     

深冷处理对双金属带锯条切削性能的影响

应用实验手段研究了深冷处理对双金属机用带锯条切削性能的影响，包括对刃部材料M42钢的红硬性、耐磨性的研究以及对背部材料Rm80钢疲劳性能的分析。结果表明：深冷处理不仅可提高M42钢的红硬性、耐磨性；同时提高了Rm80钢的抗疲劳性能，延长刀具的使用寿命，通过对比回火前和回火后 深冷处理工艺，发现采用回火后 深冷处理工艺能显著提高材料寿命。     

刀具表面涂层技术的研究进展

通过对刀具表面进行涂层处理,可以显著提高刀具的表面硬度和耐磨性,延长刀具的使用寿命.目前刀具涂层制备方法主要包括化学热处理、热喷涂法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等.涂层刀具的发展呈现涂层成分多元化、涂层结构多层化、涂层基体梯度化和涂层工艺灵活化的趋势,涂层刀具后处理技术包括热处理、磁化处理及深冷处理等.随着技术的进步,更多更新型的刀具表面涂层技术必将会出现.     

复合表面强化热处理后钢组织和性能的研究

钢的复合表面强化处理,是将零件先进行离子轰击热处理,而后再进行高频淬火和低温回火的一种操作,属于复合热处理之一。经此处理可同时发挥离子轰击热处理强化和高频淬火表面强化的双重作用,从而能大幅度提高表面硬度、耐磨性,并造成高的表面残余压应力,提高钢材疲劳性能,延长零件的使用寿命。试验表明,经复合表面强化处理后,取得明显效果。 1.复合热处理表面强化后的显微组织较单一离子轰击热处理或高频淬火者为细。经短时的高频淬火后离子氮化(或软氮化)的白亮化合物层。成为断续颗粒状或锯齿状,为。-Fe_2～3(C.N)+r'-Fe_4N以及Fe_3(C.N)等化合物。扩散层淬成为含氮马氏体。 2.复合热处理强化可以进一步提高硬化层深度,进一步提高表面硬度和耐磨性。 3.复合强化处理后,零件的表层具有高的残余压应力(比离子氮化者可提高2～6倍),从而能大幅度提高疲劳性能和使用寿命,降低缺口敏感性,阻碍裂纹的扩展。 试验认为,离子轰击热处理+高频淬火表面强化处理,可以满足表面耐磨,承受重载和交变载荷的各种零件的性能要求。能显著提高其机械性能和使用寿命,节约电能,可能成为80年代的优秀表面强化新工艺之一而发挥其巨大作用。     

不同热处理对热模钢H13的组织和性能的影响

本文研究了热模具钢H13（4Cr5MoSiV1)经不同热处理工艺处理后的显微组织和性能，结果表明，H13钢经软氮化处理后，耐磨性，热疲劳抗力较好而冲击韧性较低，250℃等温淬火加回火处理后的冲击韧性最高，热疲劳抗力比政党淬火加回火处理的好，耐磨性较差，300℃等温淬火回火处理的冲吉韧性和疲劳抗力较低，据此，在受冲击载荷情况下，采用250℃等温淬火回火热处理工艺较好，受冲击载荷较小时，采用正常淬火加回火软氮化复合热处理工艺较好。     

对高速钢刀具深冷处理变形问题的研究

通过实验研究和实际使用，结果发现，刀具经深冷处理后无形和裂纹，深冷处理提高刀具使用寿命的工艺可广泛在机械加工中推广使用。     

WCML-2热作模具钢的研究

为了提高铝型材挤压模具的使用寿命在H13钢的基础上加入3％WC,用电冶特殊方法获得新材料──WC热作模具钢通过硬度弯曲冲击耐磨性等试验以及通过金相电镜能谱分析得出该材料在1050℃和600℃处理后具有最佳综合力学性能寿命由1．5～2t提高5～7t．     

高性能复合陶瓷刀具材料

高性能陶瓷刀具材料需具备高硬度、高耐磨性和耐热性、抗粘结性和化学稳定性等性能．讨论了复合陶瓷刀具材料结构与性能之间的关系．从材料设计的角度，提出复合陶瓷刀具材料的设计思路和高性能陶瓷刀具的设计原则，详细讨论了设计原则中几个重要的性能指标和性能复合原则．随着相关学科在理论和方法上的进展、交叉和测试手段的进步，高性能陶瓷刀具材料的设计会从定性分析逐渐步入定量描述的阶段。     

离子碳氮共渗及复合处理的应用研究

采用氨气和丙酮作了源研究了４０Ｃｒ铜离子碳氮共渗和复合处理后组织性能,研究表明,离子碳氮共渗大幅度提高了表面硬度,耐磨性和抗咬合性能,还具有周期短,操作方便等特点,研究指出,复合处理不仅使表层得到较厚的渗层深度,较好的硬度梯度及残余应力状态,而且在较大负荷条件下显示出比离子碳氮共渗更优良的耐磨性,抗咬合性能,将试验结果用于轧辊,能显著提高使用寿命。     

冷冲模钢深冷处理时的相变

本文主要通过 X 射线衍射实验,研究冷冲模钢(Cr12、Cr12MoV)深冷处理时的相变.研究指出,深冷处理不仅使残余奥氏体转变为马氏理体,还使碳从马氏体和残余奥氏体中脱溶,以碳化物形式析出.深冷处理提高了钢的硬度和耐磨性,从而提高了模具的使用寿命.     

热处理对GCr15钢冷模具耐磨性能的影响

本文对经三种强韧化工艺和常规工艺处理的GCr15钢进行了磨损性能试验,分析了试样磨损前后的组织和表面形貌,研究了其在不同热处理状态下磨损性能的变化规律和微观机理。结果表明:经高温固溶碳化物预处理加低温短时加热淬火的GCr15钢的耐磨性比其它工艺为好。用这种工艺处理的冷模具钢,可以大大提高其使用寿命。     

离子氮化—PECVDTiN膜复合处理提高切边模具寿命研究

对用于制作冷作模具的两种高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2Al进行离子渗氮-PECVDTiN复合处理,研究了复合处理层的组织与性能特点,结果表明：较之单一PECVD TiN,离子渗氮-PECVDTiN复合处理改善膜基界面结合,显著提高膜基结合强度与耐磨性;采用优化的复合处理可提高高速钢制不锈钢六角螺栓切边模使用寿命一倍以上。     

微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。     

铝合金挤压模具的失效与热磨损热疲劳性能

根据铝合金挤压模具的服役条件及其对材料的要求,分析现场模具的失效形式和验证所采取的提高寿命的措施。对3Cr2W8V钢和炉外真空精炼(VHWD)4Cr5MoV1Si钢进行了全面性能与生产对比试验证明:4Cr5MoV1Si钢用于制作铝合金挤压模是较理想的材料,能够显著提高模具的寿命。通过热磨损、热疲劳试验,比较两种材料的热磨损抗力和热疲劳的抗力;并观察其微观表面形貌。     

刀具磨损的自适应控制

本文以刀具耐用度的台劳公式为数学模型,建立了刀具磨损的自适应控制系统。通过刀具磨损检测装置,在动态切削过程中,实时检测刀具的磨损特性,自动迅速地确定与给定刀具耐用度相适应的最佳切削速度。     

切削液在高速钢刀具应用中的一种特殊现象初探

本文描述了高速钢刀具车削高强度调质钢和中碳调质钢时的一个特殊现象,即浇注乳化液反而使刀具耐用度降低.文章认为乳化液的润滑作用使得前后刀面上粘结区减小,滑动区增大,从而使更多的刀具表面失去粘结层的保护;乳化液的冷却作用使得刀具、工件之间的硬度差减小,这两种结果的共同作用加剧了刀具磨损.     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性．方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成．结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大．刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2000mm／min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化．结论CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是：涂层和刀具基体的机械损耗去除（剥落和崩刃）、高温下的氧化磨损和粘结磨损．由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程．     

超高速切削Inconel 718刀具寿命研究及切削参数优化

针对Inconel 718加工时,切削效率低和刀具磨损严重,通过角正交试验对Sialon陶瓷刀具超高速切削Inconel 718的刀具寿命及磨损机理进行了研究,同时利用等效率-等寿命响应曲面法,对切削参数进行了优化,获得了干切削状态下刀具寿命的经验公式,得到陶瓷刀具超高速切削Inconel 718主要的磨损机理是粘结磨...     

SiC晶须增韧陶瓷刀具的切削性能及磨损机理

介绍SiC晶须增韧陶瓷刀具材料的研制、物理机械性能及微观结构的特点。切削实验表明,这种刀具切削奥氏体不锈钢时性能优越,其磨损形态有独特的特点。对晶须增韧效果作了有限元应力分析,证明在不同的晶须排布方向上其增韧效果有差异,同时也影响刀具的磨损性能。     

Influences of Tool Wear on Residual Stress and Fatigue Life of Workpiece in Hard Cutting Process

硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响

岳彩旭,朱磊,冯磊,刘俊,郝胜宇,任广旭

（1. 哈尔滨工程大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001;

2. 哈尔滨理工大学 机械与动力工程学院,哈尔滨 150080）

创新点说明：

本文主要研究淬硬钢Cr12MoV车削加工刀具磨损对加工表面残余应力和疲劳寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究目的：

疲劳在金属零部件所有的失效形式中占有很大比例。特别是轴类零件,由于这类零件大多承受着不同的外载荷甚至多种载荷的交加,这种实际工况下的部件的意外事故多数是由于疲劳失效。由于疲劳失效给国家财产以及人身安全造成了巨大的隐患,因此有效的精确的预测与延长疲劳寿命成为制造工作者的一种使命。

残余应力是影响零部件疲劳性能最关键的因素之一,同时也是作为加工参数与表面性能中连接的桥梁。在传统的研究工作中达成的共识是残余压应力在延迟疲劳裂纹扩展与延长疲劳寿命中起着积极作用,但是没有整体的考虑残余应力的波动性与压应力分布模式在加工参数与疲劳性能中扮演的角色。

故本文主要研究硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究方法：

（1）采用不同磨损量的PCBN刀具,对淬硬模具钢Cr12MoV硬态车削过程展开实验研究。通过对残余应力离散度进行分析,拟合不同刀具磨损下的离散度指标与分布曲线,进而分析了刀具磨损对已加工表面残余应力分布的影响机制。

（2）结合疲劳力学与数理统计理论建立了应力离散度-疲劳寿命差异的数学模型,对切削后的标准试件进行了旋转弯曲实验研究,通过工件断口形貌和疲劳寿命的研究揭示了刀具磨损这一关键切削条件对工件疲劳寿命的影响。

（3）主要设备或仪器：大连机床厂生产的型号为CK6150的机床、株钻石公司牌号为MVJNR2020K16的PCBN刀具、加拿大PROTO公司的iXRD型X射线衍射应力测试系统和螺旋测微仪。

结果：

（1）残余应力离散度随着刀具磨损的增加而增大;同理,当刀具磨损在一定限度内,残余应力也随着刀具磨损的增加而增大,刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）提出并建立了应力离散度-疲劳寿命差异数学模型,分析出残余应力引起应力幅值的波动与疲劳呈线性关系,通过疲劳弯曲试验验证了该模型的科学性和准确性。

（3）通过旋转弯曲疲劳断口裂纹特征分析,得到本文试件断口裂纹源区为半圆形,扩展区域类似沙滩粒;并且随着残余压应力面积增大,裂纹扩展距离增大,疲劳寿命越长。

（4）旋转弯曲疲劳实验结果表明刀具磨损量越大,疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。

结论：

（1）当刀具磨损在一定限度内,残余应力离散度和残余应力都随着刀具磨损的增加而增大,并且两者机理相同,主要是因为刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）旋转弯曲疲劳试件断口的裂纹源区为半圆形,裂纹源区呈现的特点是较为光亮与平滑,这是由于其最先断裂扩展速度较为迟缓。随着旋转弯曲疲劳实验的进行,试件裂纹由裂纹源不断扩展,进而形成扩展速率较慢的裂纹扩展区,这里与裂纹扩展方向垂直的弧形线为该区域的重要标志,因为可以从其形状的变化来观察线端处所受应力的大小和组织形态。

（3）在刀具磨损在合理的范围内,当刀具磨损量增加时,使表面残余压应力面积越大,进而使得疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

关键词：硬态车削,刀具磨损,表面残余应力,残余应力离散度,疲劳寿命