·1348 工程科学学报，第42卷，第10期 较马氏体试样长约40%.当转速为165 m'min 用，进而提高刀具的寿命，但是在急剧磨损阶段， 时，发生了加工软化现象，较低的切削力导致马氏 较大的加工冲击力导致黏附层逐渐脱落，并带走 体试样的刀具寿命较长.章顺虎研究切削线速 薄弱涂层，这可能导致粘着磨损，从而降低了刀具 度约为75mmin'时贝氏体组织的刀具使用寿命 寿命.在I区刀具基体中可以发现刀具磨损区域 比马氏体组织长约14%.当线速度为110mmin1 存在一些垂直于切削刃的凹槽，这是磨粒磨损的 时，贝氏体组织的刀具使用寿命为马氏体组织的 典型特征，主要原因是由于材料中的硬质颗粒或 2倍左右m.当转速更高时，Hoseiny等同样发现 者切屑划伤了切削刃 了加工回火马氏体组织的刀具磨损量较小，寿命相 图6(d)为图6(c)中L1线的能谱线扫描结果， 较于贝氏体组织提高约40%.结合本次实验数据， 在I区域和Ⅱ区域的交界处，Al含量低于Ti,这表 可以发现当随着切削速度的提高，马氏体组织的 明A12O3层在切削过程中优先形成，在A12O3层剥 切削性能逐渐提升并在切削速度为145~165mmin 离后，涂层中的TN发挥切削作用.Ⅱ区域与 时超过贝氏体组织，综合考虑各种因素，可认为在 Ⅱ区域交界处可以观察到O和Fe含量逐渐提高， 合理加工参数范围内，下贝氏体组织具有最佳的 因为在切削过程中Fe会在基体材料与涂层间发 刀具使用寿命 生扩散，并在高温下形成Fε的氧化物覆盖在刀具 图6为下贝氏体组织在切削速度为145mmin1 表面，减弱了刀具的机械强度，加快刀具磨损.从 时的刀具前刀面和后刀面的SEM磨损形貌，图6(c) Ⅱ区可以发现较高的A含量，A1元在切削过程中 中的区域分别为I区一刀具基体，Ⅱ区一刀具涂 形成A1O3化合物，具有防止氧化，提高刀具寿命 层，I1一材料黏附层，图6(a)中可以发现前刀面上 的作用，而Fe的扩散行为则会使刀具容易发生扩 存在少量的黏附层，图6(b)中观察到刀具表面的 散磨损及氧化粘着磨损3-2刈 沟壑形貌以及大块的黏附物，对黏附物点A1进行 由图4可知粒状贝氏体在切削速度为165 m:min EDS能谱分析，发现为Fe系氧化物.在稳定磨损 时具有最小的切削力，但是相同加工时间内后刀 阶段，部分黏附层可以起到隔热与降低摩擦的作 面磨损宽度大于回火马氏体，为了探究其原因，使 0 0 Energy/keV 20山m 5μm (c) (d) A 40 (I) (I) (Ⅲ) 20 (Ⅱ) 20 406080100 120 10m Distance of line scanning/um 图6下贝氏体组织在切削一定时间后的刀具磨损状态.(a,b)前刀面磨损图：(c)后刀面磨损图：(d)L1线的能谱图 Fig.6 Tool wear of low bainite specimens after cutting for a certain time:(a,b)wear of rake face;(c)wear of flank face;(d)EDS analysis in LI line较马氏体试样长约 40%. 当转速为 165 m·min–1 时，发生了加工软化现象，较低的切削力导致马氏 体试样的刀具寿命较长. 章顺虎[6] 研究切削线速 度约为 75 m·min–1 时贝氏体组织的刀具使用寿命 比马氏体组织长约 14%. 当线速度为 110 m·min–1 时，贝氏体组织的刀具使用寿命为马氏体组织的 2 倍左右[7] . 当转速更高时，Hoseiny 等[2] 同样发现 了加工回火马氏体组织的刀具磨损量较小,寿命相 较于贝氏体组织提高约 40%. 结合本次实验数据， 可以发现当随着切削速度的提高，马氏体组织的 切削性能逐渐提升并在切削速度为 145～165 m·min–1 时超过贝氏体组织，综合考虑各种因素，可认为在 合理加工参数范围内，下贝氏体组织具有最佳的 刀具使用寿命. 图 6 为下贝氏体组织在切削速度为 145 m·min–1 时的刀具前刀面和后刀面的 SEM 磨损形貌，图 6（c） 中的区域分别为 I 区—刀具基体，II 区—刀具涂 层，III—材料黏附层，图 6（a）中可以发现前刀面上 存在少量的黏附层，图 6（b）中观察到刀具表面的 沟壑形貌以及大块的黏附物，对黏附物点 A1 进行 EDS 能谱分析，发现为 Fe 系氧化物. 在稳定磨损 阶段，部分黏附层可以起到隔热与降低摩擦的作 用，进而提高刀具的寿命，但是在急剧磨损阶段， 较大的加工冲击力导致黏附层逐渐脱落，并带走 薄弱涂层，这可能导致粘着磨损，从而降低了刀具 寿命. 在 I 区刀具基体中可以发现刀具磨损区域 存在一些垂直于切削刃的凹槽，这是磨粒磨损的 典型特征，主要原因是由于材料中的硬质颗粒或 者切屑划伤了切削刃[22] . 图 6（d）为图 6（c）中 L1 线的能谱线扫描结果， 在 I 区域和 II 区域的交界处，Al 含量低于 Ti，这表 明 Al2O3 层在切削过程中优先形成，在 Al2O3 层剥 离后 ，涂层中 的 TiN 发挥切削作用 . III 区 域 与 II 区域交界处可以观察到 O 和 Fe 含量逐渐提高， 因为在切削过程中 Fe 会在基体材料与涂层间发 生扩散，并在高温下形成 Fe 的氧化物覆盖在刀具 表面，减弱了刀具的机械强度，加快刀具磨损. 从 II 区可以发现较高的 Al 含量，Al 元在切削过程中 形成 Al2O3 化合物，具有防止氧化，提高刀具寿命 的作用，而 Fe 的扩散行为则会使刀具容易发生扩 散磨损及氧化粘着磨损[23–24] . 由图4 可知粒状贝氏体在切削速度为165 m·min–1 时具有最小的切削力，但是相同加工时间内后刀 面磨损宽度大于回火马氏体. 为了探究其原因，使 20 μm (a) 10 μm (c) L1 (Ⅰ) (Ⅱ) (Ⅲ) 5 μm (b) Groove Al Fe Fe W Element W Fe C O Mn 47.2 28.7 14.5 6.8 1.4 Mass fraction/% 6 4 2 0 4 6 8 Energy/keV Intensity (counts) 0 2 Mn W O C 40 0 20 40 60 Distance of line scanning/μm Ti Fe O Al 80 100 120 30 Mass fraction/ % 20 10 0 (Ⅰ) (Ⅱ) (Ⅲ) Al Ti O Fe (d) 图 6    下贝氏体组织在切削一定时间后的刀具磨损状态. （a,b）前刀面磨损图；（c）后刀面磨损图；（d） L1 线的能谱图 Fig.6    Tool wear of low bainite specimens after cutting for a certain time: (a,b) wear of rake face; (c) wear of flank face; (d) EDS analysis in L1 line · 1348 · 工程科学学报，第 42 卷，第 10 期