0Cr25Ni20车削用刀具材料优化

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摘要：本文采用YT15、YW2、YG6X和YL100陶瓷刀具进行0cr25ni20奥氏体型耐热钢的车削试验，得出速度较低时切削0Cr25Ni20耐热钢YG6X和YW2刀具耐用度和表面质量比较好。但切削速度较高时，YG6X刀具耐用度较低，而和ST100陶瓷刀具耐用度较好。

关键词：耐热钢刀具材料耐用度

中图分类号：TG71 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

0Cr25Ni20属于奥氏体型耐热钢，在高温下具有较高的热强性和优异的抗氧化性能，一般制作用于600℃以上承受较高应力的部件，其抗氧化性温度可达850～1250℃，在粉末冶金烧结炉，循环流化床锅炉，炼油厂加热炉，水泥干燥窖，矿石焙烧炉和热处理炉构件等工业中获得广泛的应用[1]。0Cr25Ni25耐热钢室温机械性能如表1，其硬度不高，但塑性和韧性很高，切削时变形、加工表面硬化及切屑与刀具冷焊均十分严重，因此切削加工性比较差[2]。

表1Cr25Ni20耐热钢室温机械性能

本文针对0Cr25Ni20耐热钢实际切削加工过程中存在的问题对其进行车削刀具材料优选试验，以确定比较适合的切削刀具，从而提高切削加工效率，降低成本，提高工件表面质量。

1 刀具材料的粗选

刀具材料的切削性能关系着刀具的耐用度和生产率，刀具材料的工艺性影响着刀具本身的制造与刃磨质量。目前常用于切削耐热钢的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具等，不同材料的刀具对耐热钢的加工能力有很大差异。硬质合金刀具的硬度、耐磨性、耐热性及切削效率均优于高速钢，最为主要的是硬质合金刀具抗粘结性好[3]，使其成为首选的切削耐热钢刀具材料。比较分析陶瓷、立方氮化硼、金刚石与硬质合金的性能：陶瓷的最大缺点是脆性大、强度低，它的导热系数比硬质合金低而热膨胀系数却高于硬质合金，故在切削加工中热容易积蓄且对于热冲击的变化较难承受，所以加工中陶瓷刀具容易因热裂纹产生崩刃等损伤。但其化学稳定性好，硬度高，高温抗粘结性好，所以在耐热钢的切削加工中也有一定的应用；立方氮化硼刀具脆性大、强度低，成本高，所以不适合传统的切削加工。根据0Cr25Ni20不锈耐热钢难切削性及生产实际等因素，本试验选用硬度较高、耐磨性和抗粘结性较好的硬质合金刀具YT15、YW2和YG6X、ST100金属陶瓷刀具来进行切削试验。

2 刀具材料的优选试验

2.1 试验条件

（1）刀具参数

本试验中采用株洲硬质合金集团有限公司YG6X、YW2、YT15硬质合金刀具和韩国双龙SSANGYONG 陶瓷刀片ST100进行对比切削试验。为便于灵活掌握刀具的几何参数,采用焊接式刀具，卷屑槽为圆弧型。四种刀具几何角度见表2。

（2）测量工具

表面粗糙度的测量使用2205型表面粗糙度测量仪；刀具磨损的测量使用放大率为50倍的小型工具显微镜；时间计量用秒表。

（3）机床参数

机床型号为CKD6132的数控车床，主轴转速范围（无级）为200-2000r/min。

（4）试验中试样的几何尺寸

试样几何尺寸为φ80mm×200mm。

2.2试验结果

（1）切削试验采用干切削,以后刀面平均磨损量VB＝0.3mm作为磨钝标准，在切削参数相同的条件下，对几种材料的刀具进行了车削对比试验，试验条件与结果见表2。从表中可知，在低速切削0Cr25Ni20耐热钢时，由于硬质合金YG6X和YW2刀具具有一定的强度，又有一定的耐磨性、红硬性，故采用YW2和YG6X刀具切削耐热钢，耐用度比较高，工件表面质量好。ST100陶瓷刀具在低速切削时，由于切削过程不平稳，其韧性较差，并且切削温度较高，因热裂纹容易产生崩刃，使其耐用度降低。

表2 几种刀具材料的切削性能对比

（2）采用YW2、YG6X、ST100陶瓷刀具在f =0.1mm/rap=2mmVc=115m/min的条件下切削20分钟，测量各时段后刀面平均磨损量VB值如表3，绘得磨损曲线如图1。

表3刀具各时段后刀面平均磨损量值（mm）

从磨损曲线图1知，YG6X刀具切削11min左右出现急剧磨损，很快失去切削能力，YW2在切削19～20min也出现快速磨损，但幅度比YG6X刀具小，而ST100陶瓷刀具切削6～7min达到正常切削，直至试验结束也没有出现急剧磨损阶段。在本试验条件下，三种刀具的耐用度关系为ST100＞YW2＞YG6X。

图1刀具磨损曲线

3 结论

通过以上车削0Cr25Ni20耐热钢试验分析可知：速度较低时切削0Cr25Ni20耐热钢，由于YG6X刀具和YW2刀具抗弯强度、韧性、导热性和抗粘结性高于ST100陶瓷刀具，故其耐用度比较好，表面质量较高。但由于YG6X刀具与钢发生粘附性温度较低，所以只能采用较低速度切削，即切削速度较高（Vc=115m/min）时，YG6X刀具耐用度较低。这是因为切削速度升高切削热量增加，要求刀具应有较高的高温硬度和较高的粘结温度，ST100陶瓷刀具具有此特性，因此其耐用度较好。

参考文献

1《机械工程材料手册》黑色金属材料（第四版）长春汽车材料研究所编写组编，第四章变形钢及合金，耐热钢棒[M].北京：机械工业出版社，1991， 325-328

3郭丽波等，耐热钢的切削，工具技术，2006年第40卷，70-72

2Y.S.Liao，R.H.Shiue.Carbide Tool Wear Mechanism in Turning of Inconel 718 Superalloy .Wear，1996（193）16～24

作者简介：白如冰，(1978- )，男，工程师，毕业于鞍山钢铁学院机械设计与制造专业，主要从事型钢轧钢设备管理与维修工作。