王宇斌等：组织形态对718塑料模具钢切削性能的影响 ·1349· 用扫描电镜观察刀具显微结构.图7为回火马氏 体组织和粒状贝氏体组织在转速为165mmin'时 的刀具后刀面磨损图，磨损宽度均在70~80m左 右，观察可见图7(b)中Ⅲ区域的氧化附着层更 厚，刀具前刀面区域（红色框内）同样可以发现该 20m 20m 现象，加工粒状贝氏体组织的刀具的I区域与Ⅱ区 图7不同试样在转速为165mmin时的刀具后刀面磨损图.(a)回 域的涂层交界处的平整度不如下贝氏体组织的刀 火马氏体：(b)粒状贝氏体 具，因为材料与刀具的黏附作用会加重刀具涂层 Fig.7 Flank wear of different samples in cutting speed of 165 m-min- 的剥离，不规则的黏附层使涂层变得坑洼.通常加 (a)tempered martensite:(b)grain bainite 工硬化程度越高，切削温度会越高，材料与刀具之 边缘堆积现象所致.图9(b)中可以明显看到加工 间的结合力越大，但是切削过程中粒状贝氏体组 表面由于刀具黏附或者磨损而产生了背脊纹路 织受热软化严重，因此尽管在该转速下其加工硬 回火马氏体试样、粒状贝氏体试样以及下贝氏体试 化率低，仍具有较厚的氧化黏附层，这也解释了在 样的表面粗糙度Ra分别为0.545、1.763和1.041um, 该转速下其切削力较低但是刀具寿命较短.使用 马氏体组织具有最佳的表面粗糙度 体积分数为50%的浓盐酸溶液长时间浸泡刀具以 在切削速度为l45mmin时，尽管粒状贝氏 去除表面的材料，使用能谱进行面扫描，图8为实 体试样的切削力低于回火马氏体试样，同时刀具 验结果，W元素来自刀具，Fe元素则来自试样，可 寿命长约15%，但是较厚的刀具黏着层对表面质 以发现加工粒状贝氏体组织的刀具上黏附材料最 量产生了较大的影响，粒状贝氏体试样粗糙度约 多，而加工下贝氏体组织的刀具上黏附材料最少. 为马氏体试样的三倍，综合考虑之下认为回火马 2.5表面粗糙度 氏体组织的切削性能优于粒状贝氏体 图9为三种组织在切削速度为145mmin1时 加工20min后的表面形貌，图9(d)为粒状贝氏体 3结论 试样的3D形貌，可以观察到波峰波谷随着铣削纹 (1)当切削速度低于145mmin1时，贝氏体组 路不断扩展，图中红色处是由于切削过程形成的 织类型比回火马氏体组织更易切削，切削贝氏体 h 10m 10m 10μm Fe Kal Fe Kal Fe Kat W Mal W Mal W Mal 图8三种试样在转速为145mmin下切削20min后的刀具后刀面EDS元素分布图.(a)回火马氏体：(b)粒状贝氏体：(c)下贝氏体 Fig.8 EDS element mapping of cutting tool uesd for milling of three specimens for 20 min at the cutting speed of 145 mmin:(a)tempered martensite (b)grain bainite;(c)low bainite用扫描电镜观察刀具显微结构. 图 7 为回火马氏 体组织和粒状贝氏体组织在转速为 165 m·min–1 时 的刀具后刀面磨损图，磨损宽度均在 70～80 μm 左 右，观察可见图 7（b）中 III 区域的氧化附着层更 厚，刀具前刀面区域（红色框内）同样可以发现该 现象，加工粒状贝氏体组织的刀具的 I 区域与 II 区 域的涂层交界处的平整度不如下贝氏体组织的刀 具，因为材料与刀具的黏附作用会加重刀具涂层 的剥离，不规则的黏附层使涂层变得坑洼. 通常加 工硬化程度越高，切削温度会越高，材料与刀具之 间的结合力越大，但是切削过程中粒状贝氏体组 织受热软化严重，因此尽管在该转速下其加工硬 化率低，仍具有较厚的氧化黏附层，这也解释了在 该转速下其切削力较低但是刀具寿命较短. 使用 体积分数为 50% 的浓盐酸溶液长时间浸泡刀具以 去除表面的材料，使用能谱进行面扫描，图 8 为实 验结果，W 元素来自刀具，Fe 元素则来自试样，可 以发现加工粒状贝氏体组织的刀具上黏附材料最 多，而加工下贝氏体组织的刀具上黏附材料最少. 2.5    表面粗糙度 图 9 为三种组织在切削速度为 145 m·min–1 时 加工 20 min 后的表面形貌，图 9（d）为粒状贝氏体 试样的 3D 形貌，可以观察到波峰波谷随着铣削纹 路不断扩展，图中红色处是由于切削过程形成的 边缘堆积现象所致. 图 9（b）中可以明显看到加工 表面由于刀具黏附或者磨损而产生了背脊纹路[25] . 回火马氏体试样、粒状贝氏体试样以及下贝氏体试 样的表面粗糙度 Ra 分别为 0.545、1.763 和 1.041 μm， 马氏体组织具有最佳的表面粗糙度. 在切削速度为 145 m·min– 1 时，尽管粒状贝氏 体试样的切削力低于回火马氏体试样，同时刀具 寿命长约 15%，但是较厚的刀具黏着层对表面质 量产生了较大的影响，粒状贝氏体试样粗糙度约 为马氏体试样的三倍，综合考虑之下认为回火马 氏体组织的切削性能优于粒状贝氏体. 3    结论 （1）当切削速度低于 145 m·min–1 时，贝氏体组 织类型比回火马氏体组织更易切削，切削贝氏体 20 μm (a) 20 μm (b) 图 7    不同试样在转速为 165 m·min–1 时的刀具后刀面磨损图. （a）回 火马氏体；（b）粒状贝氏体 Fig.7    Flank wear of different samples in cutting speed of 165 m·min–1: (a) tempered martensite; (b) grain bainite 10 μm (a) (b) (c) Fe Kα1 Fe Kα1 Fe Kα1 W Mα1 W Mα1 W Mα1 10 μm 10 μm 图 8    三种试样在转速为 145 m·min–1 下切削 20 min 后的刀具后刀面 EDS 元素分布图. （a）回火马氏体；（b）粒状贝氏体；（c）下贝氏体 Fig.8    EDS element mapping of cutting tool uesd for milling of three specimens for 20 min at the cutting speed of 145 m·min–1: (a) tempered martensite; (b) grain bainite; (c) low bainite 王宇斌等： 组织形态对 718 塑料模具钢切削性能的影响 · 1349 ·