高碳高錳BTW耐磨鋼板銑削加工參數(shù)研究

孫凱

摘要： BTW耐磨鋼屬于高錳鋼范疇，該鋼種具有強(qiáng)烈的形變誘導(dǎo)硬化特性，在使用過程中淺表層發(fā)生細(xì)晶強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、相變強(qiáng)化，表面硬度與強(qiáng)度急劇提高，形成一種表層耐磨、內(nèi)部高韌的梯度耐磨材料。因此導(dǎo)致生產(chǎn)加工過程中的刀具選擇及加工參數(shù)尚無明確范疇，國內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)中尚未明確對于加工BTW耐磨鋼的刀具及機(jī)床參數(shù)。

Abstract： BTW wear-resistant steel belongs to the category of high-manganese steel. This kind of steel has strong deformation induced hardening character. In the process of using， the fine grain strengthening， dislocation strengthening， phase transformation strengthening will appear on the shallow surface layer. The surface hardness and strength increase sharply， and the wear-resistant， internal high toughness gradient wear-resistant material will formed on the surface. Therefore， there is no clear category of tool selection and processing parameters in the process of production and processing. Domestic machinery manufacturing industry has not cleared the tool and processing parameters for the BTW wear-resistant steel.

關(guān)鍵詞： BTW高碳高錳耐磨鋼；銑削加工；參數(shù)

Key words： BTW high-carbon high-manganese wear-resistant steel；milling；parameters

中圖分類號：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）29-0119-04

0 引言

刮板輸送機(jī)是煤礦、化學(xué)礦山、金屬礦山及電廠等用來輸送物料的重要運輸工具。它是由中部槽、鏈條、刮板及牽引系統(tǒng)組成。其中，中部槽是刮板輸送機(jī)的主要部分，中部槽板耐磨性能的提高可有效解決復(fù)雜工況下刮板輸送機(jī)使用壽命短的問題，對煤炭生產(chǎn)的節(jié)能節(jié)材、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)效益。

耐磨鋼種類繁多，大體上可分為高錳鋼，中、低合金耐磨鋼，鉻鉬硅錳鋼，耐氣蝕鋼，耐磨蝕鋼以及特殊耐磨鋼等。目前，高錳鋼的應(yīng)用以鑄件居多，而熱軋中板產(chǎn)品則主要以中低合金耐磨鋼為主。耐磨鋼通過調(diào)質(zhì)處理使具有回火馬氏體或馬氏體-貝氏體的復(fù)相組織，硬度通?？蛇_(dá)到300～600HB，具有一定的韌性、冷彎性和可焊性。

我公司中部槽耐磨板曾采用過NM360、NM400、NM450、NM500、HARDOX400、HARDOX500等多種不同性能的耐磨板，但耐磨效果都很一般。為提高耐磨強(qiáng)度，也采用過在耐磨板上對焊耐磨層的方法來提高耐磨強(qiáng)度。這種方法雖然對耐磨強(qiáng)度略有提升，但大大提高了工人的勞動強(qiáng)度，增加了成本。

為了提高中部槽耐磨性能，采用BTW耐磨鋼。BTW耐磨鋼屬于高錳鋼范疇，該鋼種具有強(qiáng)烈的形變誘導(dǎo)硬化特性，在使用過程中淺表層發(fā)生細(xì)晶強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化、相變強(qiáng)化，表面硬度與強(qiáng)度急劇提高，形成一種表層耐磨、內(nèi)部高韌的梯度耐磨材料，可適用于各類沖擊、疲勞、磨粒磨損工況。在實際應(yīng)用中，其耐磨性能或使用壽命較傳統(tǒng)的中低合金耐磨鋼（如進(jìn)口HARDOX400＼450＼500或國產(chǎn)NM360/400/450）提高1～5倍不等。BTW耐磨鋼表面強(qiáng)化系數(shù)高達(dá)2.5倍，強(qiáng)化深度小于1mm，表面硬度可顯著提高到HRC50-65。因此BTW表面“越磨越硬”，同時實現(xiàn)耐磨層的不斷再生。在沒有發(fā)生塑性變形的中心，則保持高的抗沖擊韌性，可廣泛應(yīng)用于重載刮板運輸機(jī)中板處。正因為這個原因，導(dǎo)致BTW耐磨板在加工過程中不易控制，無明確標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)可供依據(jù)。

為解決以上所述關(guān)于BTW耐磨鋼的加工問題，特對其加工刀具與機(jī)床參數(shù)進(jìn)行實驗分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)籌。

1 BTW耐磨鋼基本性能

1.1 化學(xué)成分

1.2 力學(xué)性能

1.3 耐磨機(jī)理

新型耐磨鋼BTW1產(chǎn)品區(qū)別與傳統(tǒng)中低合金耐磨鋼，為“形變誘導(dǎo)硬化型耐磨鋼”。該鋼種基體為韌性優(yōu)越的奧氏體組織，但該奧氏體組織處于亞穩(wěn)狀態(tài)，一旦材料表面受到外界擠壓、沖擊、摩擦，表層的奧氏體組織立刻向形變馬氏體轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)表層快速硬化，耐磨性能急劇提高。BTW1耐磨鋼的原始硬度約220HV左右，經(jīng)磨損試驗后表層距磨損表面50μm處（亞表層）的顯微硬度值平均為552.83HV，如表3及圖1所示。

1.4 冷加工性能

①加工硬化嚴(yán)重。BTW具有強(qiáng)烈的形變硬化特性，冷加工過程中加工硬化非常嚴(yán)重，該鋼種基體為韌性優(yōu)越的奧氏體組織，但該奧氏體組織處于亞穩(wěn)狀態(tài)，一旦材料表面受到外界擠壓、沖擊、摩擦，表層的奧氏體組織立刻向形變馬氏體轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)表層快速硬化，耐磨性能急劇提高。

②切削阻力力較大。BTW的伸長率遠(yuǎn)超過45鋼，使切削力增加，加工時硬化嚴(yán)重，熱強(qiáng)度高，進(jìn)一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折斷也比較困難。因此加工BTW耐磨剛切削力大。

③切削溫度高。切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大，產(chǎn)生的切削熱多，大量切削熱都集中在切削區(qū)和刀-屑的界面處，散熱條件差。在加工過程中，切屑帶走的熱量少，刀片受溫度影響就大，刀刃容易過熱，產(chǎn)生熱軟化，加速刀具磨損。

2 BTW耐磨鋼加工特性實驗分析

綜合BTW耐磨鋼以上特性，對其在普通銑床X53上進(jìn)行銑削實驗，根據(jù)公司實際加工環(huán)境與條件，選擇了YBC301、YBM253以及SPKR150424TN-MP3025三種涂層刀具，進(jìn)行銑削加工試驗。實驗方案如下：

分別在無冷卻液、水冷和油冷三種冷卻手段下，另X53銑床以不同轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的組合參數(shù)進(jìn)行加工，對加工過程變量控制與加工效果進(jìn)行分析，從而得出金屬切除率與刀具耐用次數(shù)的關(guān)系，以此為依據(jù)確定選擇對于BTW耐磨鋼最適合的加工刀具及機(jī)床參數(shù)。實驗內(nèi)容如表4所示。

由表4及圖2YBC301圖層刀具實驗數(shù)據(jù)離散圖可得出：YBC301圖層刀具在水冷控制下，刀具使用次數(shù)普遍較低，而在無冷和油冷狀態(tài)下較耐用。且在無冷狀態(tài)下，刀具使用次數(shù)隨著金屬切除率的提高，更加穩(wěn)定，由此可減少加工時間損耗，降低了加工成本。綜合參數(shù)定為：機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為235r/min，銑削進(jìn)給速度為95mm/min，金屬切除率為28.5，無冷狀態(tài)。

由表5及圖3YBM253圖層刀具實驗數(shù)據(jù)離散圖可得出：YBM253圖層刀具與YBC301圖層刀具實驗數(shù)據(jù)比較接近，同樣在水冷控制下，刀具使用次數(shù)普遍較低，而在無冷和油冷狀態(tài)下較耐用。且在無冷狀態(tài)下，刀具使用次數(shù)隨著金屬切除率的提高，基本穩(wěn)定在3次，。綜合參數(shù)定為：機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為235r/min，銑削進(jìn)給速度為95mm/min，金屬切除率為28.5，無冷狀態(tài)。

由表6及圖4SPKR150424TN-MP3025圖層刀具實驗數(shù)據(jù)離散圖可得出：SPKR150424TN-MP3025圖層刀具實驗數(shù)據(jù)較為震蕩，差異較大，明顯不同于以上兩種刀具。但也可以看出不適宜在水冷和油冷控制下進(jìn)行加工。在無冷控制下，刀具耐用度隨著金屬切除率的提升急劇下降，最高點定于切除率為23時。綜合參數(shù)定為：機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為190 r/min，銑削進(jìn)給速度為75mm/min，金屬切除率為22.5，無冷狀態(tài)。

3 BTW1耐磨鋼加工特性實驗結(jié)論

根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)分析得出，與YBM253圖層刀具和SPKR150424TN-MP3025圖層刀具相比，YBC301涂層刀具在加工BTW高碳高猛耐磨鋼時金屬切除率大，且刀具耐磨次數(shù)多，并且加工過程穩(wěn)定，金屬切除率在18-28.5范圍內(nèi)，刀具使用次數(shù)基本穩(wěn)定在3-4.5次。因此選用YBC301涂層刀具加工，解決了BTW具有強(qiáng)烈的形變誘導(dǎo)硬化特性、加工硬化嚴(yán)重、切削阻力力較大、切削溫度高等加工難點，更好地降低了刀具損耗與加工時間損耗，保證了刮板轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽中板的產(chǎn)品質(zhì)量，提高了使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳承建.金屬材料學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009，8.

[2]上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會.金屬切削手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003，10.

[3]技能士友編輯部.金屬切削工具常識及使用方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012，3.