淺談影響金屬切削過程中金相組織形成的因素

王芝橋 孫曉歌 曾小莉 蘇巖 高艷玲

摘要：本文介紹了影響金屬切削過程中金相組異?，F(xiàn)象的定義和因素。

關(guān)鍵詞：金屬切削；加工參數(shù)；金相組織

1.引言

隨著電子顯微技術(shù)的發(fā)展，從微觀上研究金屬切削已成為一種成熟的技術(shù)。對于關(guān)鍵、重要旋轉(zhuǎn)件，金相組織分析已在國外的著名航空發(fā)動機公司中已得到廣泛應(yīng)用。

金屬切削過程是刀具推擠切削層，使其產(chǎn)生切屑和得到需要的加工表面的過程。切削變形的三個區(qū)域為：第Ⅰ變形區(qū)為基本變形區(qū)，主要變形為剪切滑移；第Ⅱ變形區(qū)為摩擦變形區(qū)，主要變形為塑性滑動；第Ⅲ變形區(qū)為已加工表面變形區(qū)，主要變形為彈性擠壓。第Ⅲ變形區(qū)是最終使用表面，其微觀金相組織的好壞決定著產(chǎn)品性能。本文重點介紹第Ⅲ變形區(qū)的金相組織及影響金相因素和應(yīng)對措施。

2.金相組織類型及影響因素

在金屬切削過程中，由于輸入變量的不確定性，導(dǎo)致金相組織發(fā)生異?，F(xiàn)象，經(jīng)總結(jié)分析如下：

2.1 表面連續(xù)層：

加工表面母材發(fā)生連續(xù)的變化層，分為再結(jié)晶硬化層和表面扭曲層。再結(jié)晶硬化層金相組織主要體現(xiàn)為白層，非晶形層、重熔層等。表面扭曲層的金相組織主要體現(xiàn)為，變形層、拖曳層等，如圖一所示。產(chǎn)生原因主要為潤滑不充分、轉(zhuǎn)速或進(jìn)給高、刀鈍、過熱等。

2.2 表面不連續(xù)層：

金相加工表面母材發(fā)生不連續(xù)的變化層。其金相組織表現(xiàn)為，積屑層、黑點等，如圖二所示。產(chǎn)生原因主要為冷卻液壓力過大、刀具磨損或損壞、鐵屑?xì)埩舻取?/p>

2.3污染或α相變：

切削過程中母材產(chǎn)生化學(xué)成份變化或合金元素擴散到母材。其金相組織表現(xiàn)為，積屑層、黑點等，如圖三所示。產(chǎn)生原因主要為氧化、合金元素擴散到零件表面。

2.4異物：

非母體材料嵌入加工表面，如圖四所示。產(chǎn)生原因主要為刀尖嵌入加工表面、刀具涂層或夾具的污染。

2.5交疊：

切削時產(chǎn)生塑性變形的褶皺區(qū)域如圖五所示。產(chǎn)生原因主要為在鉆/鉸孔時，金屬材料被折疊在加工表面。

2.6剝痕：

在加工表面小部分材料被去除產(chǎn)生小孔或坑，如圖六所示。產(chǎn)生原因主要為切深大、刀具磨損或損壞、鐵屑?xì)埩簟?/p>

2.7剝落：

變形層與母體分離，如圖七所示。產(chǎn)生原因主要為切深大、刀具磨損或損壞、鐵屑?xì)埩簟?/p>

2.8裂紋：

加工表面的分離、破裂或開裂，如圖八所示。產(chǎn)生原因主要為過熱或參與應(yīng)力過大。

2.9 加工硬化

加工表面產(chǎn)生顆粒結(jié)構(gòu)的波動，如圖九所示。原因主要為快速或過度切削金屬而造成表面嚴(yán)重變形。

3.結(jié)束語

影響金屬切削過程中金相組織的因素很多，需要通過金相評估來確認(rèn)金相組織，從而確保金屬切削輸入變量的正確性。當(dāng)所有切削輸入變量得到有效控制，零件微觀金相組織異常現(xiàn)象才能滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。在實踐過程中，是通過固定加工設(shè)備，夾具、刀具、切削參數(shù)、冷卻液、數(shù)控程序來保證零件的金相組織。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚美田.金屬切削微觀研究.上海科技出版社.1988

[2]陸劍中.金屬切削原理與刀具.機械工業(yè)出版社.2011