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 ·