YT15的刀具 用來切削什么材料合適？(模具鋼的高強度)
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2、模具鋼的高強度
YT15的刀具 用來切削什么材料合適？ ♂
YG系列的合金多數用來加工鑄鐵；YT系列加工鋼，鋼材是最常用的機械零件材料之一，隨著刀具新材料的不斷出現，鋼材的加工方法也越來越多樣化，機加工中使用最廣泛的刀具材料為硬質合金系列，然而，硬質合金刀具由于其本身性能的限制，并不適于現代化機械工業飛速發展的高速度、高效率和高精度的要求，因此，近年來對涂層刀具、陶瓷刀具和超硬刀具的研究日益增多，但是這些刀具不是成本太高，就是強度及韌性較低，因此并未得到廣泛的應用。
而Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具，由于具有硬度高、耐磨性及導熱性好等優良綜合性能，因而被廣泛用作工具材料，而且可以填補硬質合金和陶瓷工具材料之間的間隙，此外，通過對金屬陶瓷成分的優化，可以制備出強度、韌性和耐磨性綜合性能優異的切削刀具，使得它能適于高速精密切削的發展，到目前為止，國內外對納米TiN改性TiC基金屬陶瓷刀具的研究還較少，本文即選取工業中應用廣泛的45號鋼作為切削加工的目標材料，通過具體的切削實驗考察和比較新型金屬陶瓷刀具與傳統金屬陶瓷刀具、Al2O3刀具及YT15硬質合金刀具的磨損性能，為這種新型金屬陶瓷刀具的實際應用打下一定的基礎，1實驗，表金屬陶瓷刀具的成分(%)粉末TiCTiN(nm)WCNiCoMoC，質量分數48101555161，圖1SNUN型刀具尺寸，刀具的化學成分。
試驗所用新型金屬陶瓷刀具的成分如右表所示，其中TiN是納米粉末，其顆粒大小在30～50nm，刀具的制備，按表1所列成分稱粉，先將納米TiN粉末按一定的分散工藝進行分散，然后按常規粉末冶金工藝制備金屬陶瓷刀具，將燒結后的刀具粗坯在M612型端面磨床上用200目金剛石砂輪磨削成如圖2所示的刀具尺寸(刀片型號為SNUN)，組織觀察，刀具表面經108m金剛石拋光膏拋光后用m(HF):n(HCl)1:1的混合酸進行腐蝕，然后在HITACHIX-650型掃描電鏡上觀察顯微組織，切削實驗。
實驗條件如下：CA6140型車床；刀具為新型金屬陶瓷刀具、傳統Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具(10TiN-16Mo2C-54TiC-20Ni)、Al2O3刀具及YT15硬質合金刀具；工件為01210mm60mm的45號鋼棒，正火態，硬度為21HRC；切削條件為干切削；刀具安裝角度為：a09，g0-8，Kr45，Kr'45，先將被加工工件固定在車床上，并將刀具裝夾在刀桿上固定好，按設定的切削用量進行切削，每隔一定時間暫停切削，取下刀片，在40倍工具顯微鏡下測量刀具后刀面平均磨損量VB，然后將刀具重新裝夾好，繼續切削，磨鈍標準取后刀面磨損量為VB0.3mm，對切削后的刀具用HITACHI-650型掃描電鏡觀測刀具磨損形貌，圖2金屬陶瓷刀具的組織(SEMx3000)，2結果及討論，新型金屬陶瓷刀具的顯微組織，新型金屬陶瓷刀具的顯微組織如圖2所示。
由圖可見，金屬陶瓷的組織由2相(陶瓷相+金屬相)組成，其中較粗大的陶瓷相呈芯/殼(core/shell)結構，即芯部成分是Ti(C，N)固溶體，而殼部成分主要是(Ti，Mo，W)(C，N)固溶體；而金屬相則是由Ni，Co，Mo組成的合金體，與傳統金屬陶瓷組織相比，新型金屬陶瓷組織更細小；這主要是由于納米TiN的添加降低了金屬陶瓷的燒結溫度以及它對基體TiC的釘扎而抑制了基體晶粒的長大有關，刀具的磨損形態和磨損曲線，金屬切削過程是工件上被切削金屬層在刀具作用下經受擠壓產生滑移變形，引起斷裂，形成切屑的過程，正常情況下，刀具磨損的基本形態表現為刃口磨損、前刀面磨損、后刀面磨損和刀尖磨損4種，如圖3(a)所示，其中后刀面磨損幾乎在各種切削條件下都會出現，而且測量比較方便，所以，本實驗即取刀具的后刀面磨損值VB用作判斷刀具磨鈍程度的基準，典型的磨損曲線如圖3(b)所示，金屬陶瓷刀具的磨損曲線。
圖4是在切削用量為Vc300m/min，f0.1mm/r，ap1mm時新型金屬陶瓷刀具的后刀面平均磨損量VB(mm)隨切削時間t(min)的變化曲線，由圖4可以看出在此切削用量下，金屬陶瓷刀具的磨損曲線是比較典型的磨損曲線，可分為3個階段，Ⅰ.初期磨損階段：這一階段磨損較快，這是因為新刃磨的刀具表面存在著微觀粗糙度、氧化層和破壞層，切削初期因為刀具后刀面與加工表面接觸面積小，壓應力比較集中，很快就在后刀面上磨出一個窄面，Ⅱ.正常磨損階段：當在初期磨出一個窄面后，壓強減少，磨損的速度也隨之穩定下來，即進入正常磨損階段，此階段為刀具的有效工作期，Ⅲ.劇烈磨損階段：當磨損量大到一定程度時，加工表面的粗糙度增大，切削力和切削溫度急劇增大，磨損曲線的斜率急劇增加，以致刀具磨損值很大，為了保證加工質量，應當避免進入這個階段。
(a)刀具磨損形態，(b)典型磨損曲線，圖3刀具磨損的基本形態及典型磨損曲線，(Vc300m/min，f0.1mm/r，ap1mm)，圖4新型金屬陶瓷刀具正常磨損曲線，1.YT15刀具2.Al2O3刀具3.傳統金屬陶瓷刀具4.新型金屬陶瓷刀具，圖5新型金屬陶瓷刀具與對比刀具的磨損曲線。
圖6金屬陶瓷刀具的磨損形貌(SEMx1010)，金屬陶瓷刀具與硬質合金刀具磨損性能的對比，YT15刀具、Al2O3刀具、傳統金屬陶瓷刀具及新型金屬陶瓷刀具在切削用量為Vc200m/min，f0.1mm/r，ap1mm條件下的對比切削磨損曲線如圖5所示，由圖5可見，YT15硬質合金刀具在此切削用量下切削60min后，其后刀面平均磨損量VB就已經超過了0.3mm；而對Al2O3刀具而言，在VB0.30mm時切削時間可達76min；而對傳統金屬陶瓷刀具而言，在VB0.30mm時切削時間可達200min以上；但新型金屬陶瓷刀具切削430分鐘時其VB僅為0.23mm，而且刀具仍處于正常磨損階段，在此切削用量下，新型金屬陶瓷刀具的壽命遠大于YT15刀具、Al2O3刀具及傳統金屬陶瓷刀具，估計其壽命能達500min以上，與傳統Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具相比，新型金屬陶瓷刀具具有更高的刀具壽命，這是因為向TiC基金屬陶瓷中添加納米TiN比添加微米TiN對基體TiC的細化作用要更加顯著，這一點可由文獻及圖2得到證明。
金屬陶瓷組織的細化能有效提高材料的綜合力學性能，用作刀具材料更能發揮其優越性，而對于Al2O3陶瓷刀具，雖然它具有高溫硬度高、化學穩定性好等優點，但該刀具材料的主要缺點是抗彎強度低，約為0.4～0.5GPa，此外，Al2O3的導熱率約為12.557W/m℃，是硬質合金的1/2～1/5；線脹系數(約為8.010-6/℃)比硬質合金大10%～30%，而且彈性模量低，故Al2O3陶瓷刀具材料對機械沖擊極為敏感，在切削碳鋼時，該型刀具常以崩刃的形式失效，與硬質合金相比，金屬陶瓷刀具之所以具有更高的刀具壽命是由于以下幾個原因決定的：(1)2種刀具材料的高溫硬度差別較大，YT15硬質合金刀具為鎢鈦鈷類(WC-TiC-Co)硬質合金，其硬質相由WC和TiC組成，以Co為粘結相，由于TiC的硬度(HV3200)高于WC的硬度(HV2400)，因此TiC含量越多，硬度也越高。
與硬質合金相比，雖然金屬陶瓷的強度及韌性較低，但其強度隨溫度的升高下降較慢，彌補了其強度較低的缺點，能很好地應用于塑性較好、硬度不高的材料的切削加工中，(2)金屬陶瓷刀具有較高的抗氧化能力，在切削時TiC氧化形成的TiO2保護膜非常致密，有潤滑作用，故耐磨性較高，而對硬質合金刀具，在切削時WC會被氧化形成多孔的WO3，而且當刀尖溫度在800℃以上時，WC還會與鋼發生反應，形成脆弱的復合碳化物(WFe)6C，這些對刀具耐磨性都不利，與WC相比，TiC是相對穩定的，(3)金屬陶瓷刀具有較高的抗月牙洼磨損能力。
月牙洼磨損開始產生的溫度，一般硬質合金為850～900℃，而金屬陶瓷為1100～1200℃，(4)金屬陶瓷刀具化學穩定性較好，與鋼化學親合力小，與工件的摩擦系數也小，因此用金屬陶瓷刀具切削時，可阻止刀具與鋼的粘結，不易產生積屑瘤，工件的加工精度可明顯提高，TiC與工件材料45號鋼的粘結溫度(1120℃)高于WC(1000℃)，因此，與硬質合金相比，金屬陶瓷刀具具有較高的抗粘結磨損的能力，金屬陶瓷刀具的磨損形貌圖6為新型金屬陶瓷刀具在切削用量為Vc200m/min，ap0.5mm，f0.1mm/r條件下的磨損形貌，由圖可見，磨損表面除了明顯的磨痕及剝落坑外，還有明顯的裂紋擴展的痕跡，金屬陶瓷刀具磨損的主要機理是磨粒磨損、高溫的粘結磨損及擴散磨損，3結論，與傳統金屬陶瓷相比，新型金屬陶瓷的組織更細小，與傳統金屬陶瓷刀具、Al2O3刀具及YT15硬質合金刀具相比，新型金屬陶瓷刀具具有更高的刀具壽命和切削效率，且主要以“磨損”形式失效，蘇州東锜在生產過程中，各工序操作人員均要求進行嚴格的自檢、互檢，同時IPQC也不斷在現場進行抽檢，發現問題及時處理，在出貨時，OQC再次進行嚴格的探傷、硬度、尺寸檢測，確保產品在出貨時，均能符合客戶要求，到達客戶手中的產品“零”投訴。
模具鋼的高強度 ♂
當今高強鋼、超高強鋼很好的實現了車輛的輕量化，提高了車輛的碰撞強度和安全性能，因此成為車用鋼材的重要發展方向，但隨著板料強度的提高，傳統的冷沖壓工藝在成型過程中容易產生破裂現象，無法滿足高強度鋼板的加工工藝要求，在無法滿足成型條件的情況下，國際上逐漸研究超高強度鋼板的熱沖壓成形技術，該技術是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態下，板料的塑性增加，屈服強度降低的特點，通過模具進行成形的工藝，但是熱成型需要對工藝條件、金屬相變、CAE分析技術進行深入研究，該技術被國外廠商壟斷，國內發展緩慢，過去在深沖或者重沖工件，大家都認為耐壓型(EP)潤滑油是保護模具的最好選擇。
硫和氯EP添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經有很長的歷史了，但是隨著新金屬高強度鋼的出現，環保要求的嚴格，EP油基潤滑油的價值已經減少，甚至失去市場，在高溫下高強度鋼的成型，EP油基潤滑油失去了它的性能，無法在極溫應用中提供物理的模具保護隔膜，而極溫型的IRMCO高固體聚合物潤滑劑則可以提供必要的保護，隨著金屬在沖壓模具中變形，溫度不斷升高，EP油基潤滑油都會變薄，有些情況下會達到閃點或者燒著（冒煙），IRMCO高分子聚合物潤滑劑一般開始噴上去時稠度低得多，隨著成形過程中溫度的上升，會變得更稠更堅韌，實際上高分子聚合物極溫潤滑劑都有“熱尋性”而且會粘到金屬上，形成一個可以降低摩擦的隔膜。
這個保護屏障可以允許工件延展，在最高要求的工件成型時沒有破裂和粘接，以此來控制摩擦和金屬流動，有效的保護了模具，延長了模具使用壽命，提高了沖壓的強度，和國產的眾多模具鋼相比，進口的在性能特點等方面，具有的優勢比較多，在一些場合使用，能讓效果更為理想。
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