TiN涂层硬质合金刀具切削高锰钢的磨损破损研究

硬质合金CEMENTED TiN涂层硬质合金刀具切削高锰钢的磨损破损研究韩桂泉胡喜兰1（1淮海工学院化学工程系，连云港222005；2中国矿业大学北京校区，北京100083）具前、后刀面显微磨损、破损形貌和化学变化。结果表明，TiN涂层硬质合金刀具切削奥氏体高锰钢时耐磨性优于单一硬质合金刀具，且适于低速切削（小于30m/min）%TiN涂层刀具的磨损、破损机制包括：低速长时间切削时刀尖塑性流动扩展为平行于前刀面的脆裂；中速切削时刀头平行于前刀面脆裂和进而的扩散磨损；高速切削时刀头的韧性断裂。

　　高锰钢是典型的耐磨钢。由于奥氏体高锰钢在切削时，相剧烈的切削变形导致高密度位错和形变孪晶的形成，产生了强烈的加工硬化；切削温度在400~800时，相析出大量碳化物硬质点，使高锰钢的硬度增加，塑性几乎接近于零；高锰钢的导热系数很低，仅为中碳钢的1/4，因此，高锰钢属于典型的难加工材料。过去高锰钢主要应用于破碎机、挖掘机、球磨机等毋须切削加工的领域。近年来，随着现代工业的高速发展，高锰钢已成为磁悬浮列车、凿岩机器人、新型坦克、大型露天开采等先进装备中**的耐磨材料。本文利用TiN涂层硬质合金刀具对奥氏体高锰钢进行了切削加工试验，分析了切削过程中的磨损、破损机制。

　　1试验材料及方法组织为经1050水韧处理后单一！相，主要合金成分为：1.05%~1.09%C，12.2%~12.6%Mn，0.7%~0.9%由于高锰钢使用时，表面一般要求半精加工，所以切削试验是在半精加工条件下测量TiN涂层硬质合金后刀面磨损宽度和前、后刀面的显微形貌和元素分析。切削试验条件为：切削深度ap=0.5mm，进给合金刀具刃口比较锋利，后刀面作用力小而前刀面作用力大，因此塑变后前刀面塌陷，刀刃下卷。而TiN涂层刀具要求具有一定的钝圆半径，于是在后刀面上刀尖与工件的弹性接触区较大，这时后刀面上的作用力一般大于前刀面上的作用力，所以塑性变形表现为前刀面隆起。塑性变形影响刀具形状的稳定性，改变刀尖处的受力状态，使塑性流动扩展为与前刀面平行的脆性断裂。是奥氏体高锰钢再热温度与塑性变形的关系曲线，在400"~800"之间，高锰钢脆性大大提高，塑性变形几乎接近零，其原因在于该温度下高锰钢中！相析出大量（Fe、Mn）3C所致。因此在v=29m/min，t=70min时，切削温度728"（实测时，高锰钢转变为脆硬材料，刀尖处受到的冲击力和压力增加，使刀头变形并损之前。

　　t=21.5min时发生的前、后刀面的磨损形貌。刀具前刀面发生沿刀面平行方向上的明显的脆性破裂，而后刀面几乎未发生断裂，此时的切削温度为721"，属于高锰钢脆硬冲击导致的破坏，其切削机制与相符。因此TiN涂层硬质合金切削高锰钢时，*好在低速（大于30m/min）、一定时间（小于60min）内进行切削加工。

　　切削温度与工件材料、切削用量、切削几何参数和切削液四个主要因素有关，实验中采取了相同的切削深度、进给量和切削几何参数，所以切削温度主要由切削速度来决定。随着切削速度提高，切削温度升高，高温下硬质合金强度变低，塑性有所提高，断裂4-有C时的脆性断裂不留（塑变遍迹E发生在扩散磨shinglSt是涂晶硬质合金田8离速切削时TiN徐层刀具后刀面塑性破损形技和82min高速切削时的后刀面破损形貌，此时实测切削温度均超过1000！，切削时间都不到2min，使刀头处发生明显的韧性断裂，断口处有塑性流动的痕迹。

　　3结论TiN涂层硬质合金刀具切削奥氏体高锰钢时的耐磨性高于普通硬质合金（YT15）。

　　TiN涂层硬质合金刀具适合于低速切削奥氏体高锰钢，切削速度应小于30m/min.在该速度下随着切削时间的延长，刀尖处发生机械磨损、塑性变形和在高锰钢脆化温度区间（400！~800！）使刀头沿前刀面破裂。

　　TiN涂层硬质合金刀具在切削速度约为40m/min时，随着切削时间延长，刀头相继出现沿平行于刀具前刀面的脆性断裂和扩散磨损。

　　（4）TiN涂层硬质合金刀具在高速（5652/min，82m/min）切削奥氏体高锰钢时，刀头发生韧性断裂。