數控刀具在耐蝕（shí）不（bú）鏽鋼材料（liào）零件中的應用

本文針對不鏽鋼 Z8CND17-04 材（cái）料，采用金相法對零件在最終進行疲勞試（shì）驗發生斷裂的質（zhì）量（liàng）問題進行了分析，定性地說明了加工（gōng）的硬化層是（shì）導致零件表麵產（chǎn）生裂紋（wén）的原因之一，結合公司現有的生產條件，製定了切削試驗方案，避免了零件表麵硬化層的產生，提（tí）高了零件的質量及生產效率。

關鍵（jiàn）詞：不鏽鋼；金相；硬度；刀具壽命；硬化層

1、現（xiàn）狀（zhuàng）與問題描述

零件材料為法國標準牌號 Z8CND17-04 屬於馬氏體不鏽鋼，硬度 HRC36-41，表麵粗糙度 Ra0.4，一般車削加工實現比較困難（nán）。實際加工選擇肯納刀具公司的刀片DNGP15402KC730。切削速度 111 m/min；進給 0.02 mm/s；切深 0.075 mm，零件加工完（wán）成後，要求做疲勞試（shì）驗。試驗條件為在循環加載最小載荷 Fmin=-4859 KN，最大載荷Fmax=4083 KN 的作用下，壽命要達到 733 600 次以上。但是公司加（jiā）工的零件在（zài）試驗進行到 110 000 次循環次數時（shí）靠近大端處（chù）發（fā）生斷裂失效。見圖 1 所示。

 圖1 活塞斷（duàn）裂圖

2、 原因（yīn）分析

2.1 金相分析（xī）

從金相顯示裂紋擴展是本次失效的主要原因，從切麵可看到鍍鉻層和基體交界麵，機加工紋路呈波浪（làng）狀，鍍（dù）鉻層裏的裂紋延伸至基體中並靠近斷裂（liè）起始源（yuán），機加工表（biǎo）麵粗糙（cāo）度表現為鉻層和基體交界處形成（chéng）波峰和波穀，在波峰處（chù）存在（zài）殘餘拉應力，波穀處存在殘餘壓應力。大多數鍍鉻層的裂紋在交界麵的波峰處產生，而且圖 2 中硬化層中（zhōng）存在擴展（zhǎn）裂紋，初步斷定鍍鉻層（céng）裏的擴展裂紋是由加工硬化引起的。

圖 2 斷裂橫截麵（miàn）

2.2 對比試驗分析

對比其他（tā）供應（yīng）商使用的刀片是（shì） DNMG110404MF1025。我們對所用切削參數、加工（gōng）後的金（jīn）相圖片、維氏硬度進行了對比，結果如下：

從表 1 看（kàn）出 DNMG11040404MF1025 的刀片幾（jǐ）何圓角，切（qiē）削速度，進給，切深均是 DNGP150402KC730 的 2 倍。且在鉻層和基體交界麵顯示平（píng）緩，刀片基體心（xīn）部和表麵差隻有 22 HV。而我公司交界麵呈有規律的波浪狀（與 0.02 mm/r 的加工狀態符合（hé）），且大（dà）多數鍍鉻層的裂紋在交界麵的（de）波峰處產生，且基體心部和（hé）表麵差有 114HV（已加工表麵發生硬化現象（xiàng）可以通過檢測基體表麵和（hé）心部的維氏硬（yìng）度差值來反映）。刀片圓角小，切深、進給以及切削速度（dù）相對低，當切深（shēn）和（hé）進給量過小時，刀（dāo）具的切削刃鈍（dùn）圓部（bù）分在已加工表麵單位長度上擠壓次數增多，硬化（huà）現象也會增大。

 表1 刀片使用（yòng）對照表

3、工藝試驗

結合公司現有的生產條件，通（tōng）過改進刀具幾何角度（dù）和切削參數來改進加工硬化現象，試驗如下：

    （1）刀具配置：根據加工硬化產生裂紋的機理分析，試（shì）驗中增大刀具的前角、後角（jiǎo），保持切削刃（rèn）鋒利，減輕零件表麵的加工硬化現（xiàn）象。

    （2）切削（xuē）參數配置：根據加工硬化產生裂紋的機理分析，切削速度過大、過小都會產（chǎn）生加工硬化現象，在滿（mǎn）足零（líng）件加（jiā）工精度的要（yào）求下，我們選取了 9 組切削參數數據進行試切削，力求尋求一組最合理的切削參（cān）數。

    （3）維氏硬度比較：DNGP150402KC730 這組（zǔ）刀片加工零（líng）件表麵和心部維（wéi）氏硬度（dù）差異 HV 114，說明在加（jiā）工後表麵產生（shēng）了硬化，這樣的硬化程度是不可以（yǐ）接受的。

    （4）金（jīn）相比（bǐ）較：從金相（xiàng）圖看出，DNGP150402KC730 這一組刀片產生的硬（yìng）化（huà）層（céng）最厚DNMG110404MF1025 這一組刀片產生的硬化層最薄，CCGX120404ALH10 這組刀片產（chǎn）生的（de）硬化層介於上訴兩者之間。可見，刀片（piàn）配置，切削參數選擇對零件的表麵質量都有一定影響（xiǎng），尤其對於（yú）高精度不鏽鋼材料（liào）零件，其基體表麵易產（chǎn）生硬化現象，表麵的硬（yìng）化使得表麵（miàn）脆性增加，嚴重可導致基體（tǐ）裂紋的產生，隨著裂紋（wén）的擴展引起零件疲勞斷裂發生失（shī）效。

    （5）實際應用效果：綜合各（gè）種因素，根據實際（jì）情況（kuàng）選用（yòng）了表2 中第 7 項的切削條件完成了零（líng）件的加工。

 表2 工藝試驗表

4、結束語

零（líng）件表麵的加工硬化層雖然會增強其耐（nài）磨性，但脆性也同時增加，成為發生裂紋而促使表麵破損和疲勞破壞的主要原因，零件（jiàn）的表麵殘餘應力（lì）容易使（shǐ）表麵產生裂紋，降低零件的疲勞強度。從浩如煙海的刀具品牌中，選擇出物（wù）美價廉，同時又適合（hé）企業生產科研的刀具，是令製造業企（qǐ）業十分頭痛的事，刀具（jù）選型實用、合理、科學，不（bú）僅可以（yǐ）提高生產加工效率（lǜ），最大限度（dù）地發揮數控加工設備的加工潛能。同時，還可以大大縮減企（qǐ）業刀具（jù）消耗，達到節約刀具成本的目的。所以說在刀具良莠混雜的情形下刀具選型變得非常關鍵（jiàn），選型過程（chéng）中需要注重性（xìng）價比（bǐ），多實踐，多比較