數控刀具在耐蝕不鏽（xiù）鋼材料零件中的（de）應用

本文針（zhēn）對不鏽鋼 Z8CND17-04 材料，采用金相法對零件在最終進行疲勞試驗（yàn）發生斷裂的質量問題進行了（le）分析，定性地說明了加工的硬（yìng）化層是導致零件表麵產生裂紋的原因之一，結合公司（sī）現有（yǒu）的（de）生產條件，製定（dìng）了切削試驗方案（àn），避免了零件表麵硬化（huà）層的產生，提高了（le）零件的質量及生產（chǎn）效率。

關（guān）鍵詞：不鏽（xiù）鋼；金相；硬度；刀具（jù）壽命；硬（yìng）化層

1、現（xiàn）狀與（yǔ）問題描述

零（líng）件材料（liào）為法國標準（zhǔn）牌號（hào） Z8CND17-04 屬於馬氏體不鏽鋼，硬度 HRC36-41，表麵粗糙度 Ra0.4，一（yī）般車削加工實現比較困難。實際加工選（xuǎn）擇（zé）肯納（nà）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，零件加工完成後，要求做疲勞（láo）試驗。試驗條件為（wéi）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。但是公司加工的零件在試驗進（jìn）行到 110 000 次循環次數時靠（kào）近大端處（chù）發生斷裂失效。見圖 1 所示。

 圖1 活塞斷裂圖

2、 原因分析

2.1 金相（xiàng）分析

從金（jīn）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，機加工紋路呈波浪狀，鍍鉻層裏的裂紋延伸至基體中並靠近斷裂起（qǐ）始（shǐ）源，機加工表麵粗糙度表現為鉻層和基體交界處形成波峰和波穀，在波峰（fēng）處存在殘餘拉應力，波穀處存在殘（cán）餘壓應力。大多（duō）數鍍鉻層（céng）的（de）裂紋在交界（jiè）麵的波峰處產（chǎn）生，而且圖（tú） 2 中硬化層中存在擴展裂（liè）紋，初步斷定鍍鉻層裏（lǐ）的擴展（zhǎn）裂紋是由加工硬化引起的（de）。

圖 2 斷裂橫（héng）截麵

2.2 對（duì）比試驗分析

對比其他（tā）供應商（shāng）使（shǐ）用的刀片是（shì） DNMG110404MF1025。我們對所（suǒ）用切削參數、加工後的金相圖片、維氏硬度進行了對比，結（jié）果如下：

從表 1 看出 DNMG11040404MF1025 的刀片幾何圓角，切削速度，進給，切（qiē）深均是 DNGP150402KC730 的 2 倍。且在（zài）鉻層（céng）和基體交（jiāo）界麵顯示（shì）平緩，刀片基體心（xīn）部和表麵差隻有 22 HV。而（ér）我公司交界麵呈有規律的（de）波浪狀（zhuàng）（與 0.02 mm/r 的加（jiā）工（gōng）狀態符合），且大多數鍍鉻層的裂（liè）紋在交界麵的波峰處產（chǎn）生，且（qiě）基體心部和表麵差有 114HV（已加工表麵發生硬化現象可以通過（guò）檢測基體表麵和心部的維氏硬度差值來反映）。刀（dāo）片圓角小，切深、進給以（yǐ）及切削速度相對低，當切深和（hé）進給量過小時，刀具的（de）切削刃鈍圓部（bù）分在已加工表麵（miàn）單位長度上（shàng）擠壓次數增多（duō），硬化現象也會增大。

 表（biǎo）1 刀片使用對照表（biǎo）

3、工（gōng）藝試驗（yàn）

結合（hé）公司現有的生產（chǎn）條件，通過改進刀具幾何角度和切削參數來改進加工硬化現象，試驗如下：

    （1）刀具配置：根（gēn）據加工硬化產生（shēng）裂紋的機理（lǐ）分析，試驗中增大刀具的前角、後角，保持切削刃鋒（fēng）利，減輕零件表麵的加工硬（yìng）化現象。

    （2）切削參數配置：根據加工硬化產生裂紋（wén）的機理分析，切（qiē）削速度過大、過小都會產生加工硬化現象，在（zài）滿足零件加工精度的（de）要求下，我們選取了 9 組（zǔ）切削參數數據進行試切削，力求尋求一組最合理的切削（xuē）參數。

    （3）維氏硬度比較：DNGP150402KC730 這（zhè）組刀片加工零件表麵和心部維氏硬（yìng）度差異 HV 114，說明在加工後表麵產生了硬化，這樣的硬化程度是不可以接受的。

    （4）金相比較（jiào）：從金相圖看（kàn）出，DNGP150402KC730 這（zhè）一組刀片產生的（de）硬化層最（zuì）厚DNMG110404MF1025 這一組（zǔ）刀片產（chǎn）生的硬化層最薄，CCGX120404ALH10 這（zhè）組刀片產生的硬化層介於上訴兩（liǎng）者之間。可（kě）見，刀片配置，切削參數選擇對零件的表麵質量都有一定影響，尤其對於高精度不鏽鋼材料零件，其基體表麵易產生硬化現象，表麵的硬化使得表麵脆性增加，嚴重（chóng）可導致基體裂紋的產生，隨著裂紋的擴展引起零件（jiàn）疲（pí）勞斷裂發生失效。

    （5）實際應用效（xiào）果：綜合各種因素，根據實際情況選用了表2 中第 7 項的切（qiē）削條件完成了零件的加工。

 表2 工藝試驗表（biǎo）

4、結束語

零件表麵（miàn）的加工硬化層雖然會增強其（qí）耐磨性，但脆性也（yě）同時增加，成為發生裂紋而促使表麵破損和（hé）疲勞破壞的（de）主要原（yuán）因，零件的表（biǎo）麵殘（cán）餘應力容易使表麵產生裂紋，降低（dī）零件的疲勞強度。從浩如煙海的刀具品牌中，選擇出（chū）物美價廉（lián），同時又適合企業生產科研的刀具，是令製造業企業（yè）十分頭痛的事，刀（dāo）具選型實用、合理、科學，不僅可以提高生產加工效率，最大限（xiàn）度地（dì）發（fā）揮數控加工設（shè）備的加工潛能。同時，還可以大大縮減企業刀具消耗，達到節（jiē）約刀具成本的目的。所（suǒ）以（yǐ）說在刀具良莠混雜的情形下刀具選型變得非常關鍵，選型過程中需要注重性價比，多實踐，多比較