多元復(fù)合涂層高速鋼刀具切削性能及磨損機(jī)理研究.pdf

1、刀具涂層技術(shù)作為提高刀具切削性能的有效途徑,已引起世界各國制造業(yè)的高度重視,得到了迅速的發(fā)展和推廣應(yīng)用。本文采用先進(jìn)的閉合場非平衡磁控濺射離子鍍復(fù)合PVD技術(shù),制備了CrAlTiN多元復(fù)合涂層,研究分析了涂層特性及涂層高速鋼刀具的切削性能、磨損機(jī)理和應(yīng)力分布狀況。 用掃描電子顯微電鏡(SEM)和投射電子顯微電鏡(TEM)對涂層表面和截面的觀察結(jié)果表明,磁控濺射CrAlTiN多元復(fù)合涂層與高速鋼基體的匹配較為理想,涂層組織均勻、細(xì)

2、密；結(jié)合X射線衍射(XRD)分析,涂層沿厚度具有結(jié)構(gòu)和成分的雙重梯度結(jié)構(gòu),以及高的熱穩(wěn)定性；用壓痕、劃痕和針盤等試驗表明,涂層具有高的硬度和韌性,優(yōu)異的抗摩擦、磨損性能,且與基體結(jié)合良好。 用CrAlTiN多元復(fù)合涂層M2高速鋼刀具進(jìn)行了大量的干式車削和銑削試驗,研究分析了涂層刀具的切削性能。結(jié)果表明,與未涂層刀具相比,CrAlTiN多元復(fù)合涂層M2高速鋼刀具的切削性能明顯改善,切削力減小,切削過程平穩(wěn),刀具磨損減小,壽命延長。

3、用數(shù)理統(tǒng)計方法建立了涂層刀具切削力與刀具壽命的經(jīng)驗公式,揭示了切削力與刀具壽命隨切削用量變化的規(guī)律。 通過對刀具磨損區(qū)域的觀察分析,表明涂層刀具具有與未涂層刀具明顯不同的磨損形貌和磨損規(guī)律。涂層刀具的初期磨損階段較短,正常磨損階段明顯延長；涂層能阻礙刀具磨損,但在各個磨損階段涂層的作用不同。進(jìn)一步用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)對刀具磨損表面進(jìn)行成分分析,結(jié)果表明涂層車刀前刀面磨損區(qū)有少量涂層以片狀結(jié)構(gòu)的形式存在,涂層車刀后

4、刀面的氧化磨損比前刀面嚴(yán)重；涂層銑刀前刀面的擴(kuò)散磨損和氧化磨損都很小,主要是磨粒磨損,涂層銑刀后刀面涂層脫附現(xiàn)象明顯。 用有限元法(FEM)分析了涂層與未涂層M2高速鋼車刀的應(yīng)力分布狀態(tài),獲得了其von Mises等效應(yīng)力分布,發(fā)現(xiàn)前刀面上出現(xiàn)最大von Mises等效應(yīng)力的區(qū)域,涂層車刀距切削刃較遠(yuǎn),而未涂層車刀距切削刃較近。表明涂層具有保護(hù)刀具切削刃,避免產(chǎn)生崩刃的作用。結(jié)合對涂層車刀前刀面磨損區(qū)域的觀察,發(fā)現(xiàn)其初期磨損區(qū)域