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大型高锰钢托轮是露天煤矿开采设备的关键零件之一，耗损大，造价高(每件约5万元人民币)。近年来随着大型露天开采设备的国产化，大型高锰钢托轮的切削加工也成为了亟待解决的难题。

在较大冲击和压力下，奥氏体高锰钢的晶格结构迅速产生高密度位错和形变孪晶，从而产生严重的加工硬化;高锰钢在400 ——800C时，大量(Fe、Mn)C硬质相从Y相中析出，使高锰钢塑性几乎变为零。高锰钢的导热系数非常低，仅是中碳钢的1/4，是典型的难加工材料。高锰钢在用于破碎机、挖壁机、球磨机等耐磨领域时一般毋须切削加工，但近年来，随着高锰钢逐渐应用到磁悬浮列车、凿岩机器人、新型坦克、大型露天开采设备等先进装备中，其切削加工问题需要从根本上得以解决。

本文利用TiN硬质合金刀具、复合SiC刀具和复合Si N4刀具对奥氏体高锰钢进行了切削试验研究，通过测定刀具材料的磨损曲线，分析了刀具材料磨损和破损机制，提出了改进高锰钢切削加工性的措施。

试验工件为Y65X 00奥氏体高锰钢圆棒，是经1050C水韧处理后的奥氏体高锰钢(Y相组织)化学成分为1.05——1.09%C，122——126%Mn0.7——0.9%Si.试验按半精加工设计，试验条件为：切削深度ap mm/r，干切。切削几何参数确定不变(由装卡决定)切削机床为C620 普通机床，采用S-25CMK型扫描电子显微镜，WDH-型光电温度计作为切削温度测量仪。测量切削温度、后刀面磨损量与切削时间或切削速度的关系曲线以及刀具前后刀面显微磨损、破损形貌和化学变化。

理化检验编辑部。金相检验。P414 4白辰东。等离子体增强化学气相沉积硬质膜膜基结合强度及耐蚀性研宄。西安交通大学博士论文，199412宄进展。工具技术，2004，(4)6李义庭。硬质合金涂层刀具的发展。工具展望，200 为高锰钢Fe-MrrC三元合金相图。在400——800Q时，高锰钢有大量(Fe，Mn)C从奥氏体中析出，随着温度升高，(FeMn)C又完全溶于奥氏体中。是经1050 C水韧处理后的奥氏体高锰钢再热温度与伸长率的关系曲线，常温下为Y相;在400——750l高锰钢塑性明显下降，几乎接近于零，这显然与(Fe，Mn)C析出有关。

1图是SS两种刀具切削ZGMcn1 时切Msh损值为0M当切削速度为偏疆左右时，：i后刀a是测得的硬质合金刀具和TiN涂层硬质合金刀具后刀面磨损宽度(VB)与切削时间的关系曲线。b测得的是硬质合金刀具和TiN涂层硬质合金刀具后刀面磨损宽度(VB)与切削速度的关系曲线。从图中可以看出，切削奥氏体高锰钢时，TiN涂层硬质合金的耐磨性明显优于硬质合金;iN涂层硬质合金刀具适合于低速切削。

为TiN涂层硬质合金刀具在中速v= 21.5min时的前后刀面破损形貌。

经实测，这时切削温度为721根据和可知高锰钢在切削局部区域有大量(Fe，Mn) C析出，其塑性几乎变为零，TiN涂层硬质合金承受着来自高锰钢的脆硬冲击作用，因此，刀具前刀面发生因冲击而造成的脆性破裂，后刀面也有脆性脱落。a、4b的扫描电镜形貌照片验证了这一结果。根据磨损曲线和显微形貌综合分析表明：TiN涂层硬质合金刀具适合于低速切削，速度越低对切削越有利，切削速度不超过 0m/min.削时间与后刀面磨损宽度关系曲线。从a中的曲线可以看出，在切削速度、切削深度和进给量不变的条件下，复合SiC和复合Si N4刀具的后刀面磨损宽度随切削时间的增加而变大。b是SiC、Si N4两种刀具切削ZGMn1 时切削速度与后刀面磨损宽度关系曲线。从图中可以看出，SiC陶瓷刀具半精车ZGMn1 时，当切削速度v为17.2——50m/min时，后刀面磨损宽度随切削速度的增加而减小;当切削速度v为50 ——7 .4m/min时，后刀面的磨损宽度随切削速度的增加而增大。这说明切削速度在50m/min左右时，SiC陶瓷刀具的磨损值最小。而Si N4陶瓷刀具在切削速度为 m/min左右时的后刀面磨面磨损值为0.27.因此，切削速度应选70m/min左右进行切削。

a是Si N4后刀面的崩刃状况。这种切削初期的脆性断裂与高锰钢切削时加工硬化和一定温度区间的组织改变有关。这时实测的切削温度为6 1C，由于高锰钢Y相在400 ——800C间析出大量(见和)高锰钢的脆性冲击作用使复合Si N4破裂。b是v =48min时较长时间切削后复合Si N4前刀面的磨损形貌，磨损外观属典型的窝状破坏。经实测，此时的切削温度为927C，根据和可知，高锰钢中的(eMn)C又完全溶于Y相中，此时高锰钢为单一Y相。对窝坑底随机取点进行了X射线元素分析表明，刀具前刀面Fe、Mn、Si的峰值比较明显，显然此时发生的磨损为扩散磨损，窝坑是由刀具表面局部材料变质，强度下降所致。

111(b)前刀面韧窝状磨损v=45m/min，0刀具在v时前刀面犁出的沟痕，是典型的磨料磨损形貌。经实测，此时切削温度约为768C说明产生的沟痕是高锰钢Y相在该温度下析出的(Fe，Mn)C所致。图是在v=前刀面的磨损形貌，表面是明显的韧窝状磨损。经实测，此时切削温度约为1040C高锰钢中的(Fe，Mn)C硬质相在该温度下已完全溶于Y相中。对韧窝坑底内X射线元素分析表明，除了具有基体元素Ti、Al、Si、Mg外，还有Fe、Mn.因此也属于由于局部材料变质导致的典型韧窝状破坏的扩散磨损。

2实际应用综合以上刀具磨损、破损机制分析表明：当切削温度在高锰钢脆化温度范围内(400——800C)时，TiN涂层硬质合金刀具和复合Si N4刀具极易产生脆化破裂，而复合SiC刀具在此温度仅发生机械磨损。

当切削温度高于高锰钢的脆化温度时，复合SiC刀具和复合Si N4刀具均发生了扩散磨损。

通过对高锰钢的切削加工性及新型刀具材料加工高锰钢时的磨损和破损形态的研究分析，我们找出了一种效率高、成本低的加工方法，并将其成功地应用于某厂为安太堡大型露天煤矿制造的ZGMn1 托轮的切削加工上，取得了较好的经济效益。

表1为几种刀具切削加工托轮的各项指标比较。由表可以看出各种刀具材料切削加工高锰钢零件的效率和经济效益，从而进一步证实了复合SiC陶瓷刀具在现有机加工设备上加工托轮是切实可行的，效率和效益也比较满意。

给安太堡制造的托轮每件售价约5万元，每个托轮的铸造费用约2万元。由表1可计算出，利用YT15和TiN涂层刀具，从理论上计算可以实现一定利润，但事实上由于效率太低而不可能实现;而利用复合SiC陶瓷刀具每件可创利税28680元，利用程中，复合Si N4刀具破损较严重，刀具消耗比复合SiC陶瓷刀具大，辅助时间增加，虽然在切削速度上比复合SiC刀具稍高，但总效率却有所降低。因此，我们在实际生产过程中选用复合SiC陶瓷刀具材料。若每年按制造50件托轮计算，利用复合SiC陶瓷刀具可创利税14 .4万元，复合SiC刀具在目前应用中己取得了明显的经济效益。

表1各种刀具加工ZGMn1 托轮各项指标比较考核项目刀具材料切削速度(m/min)切削深度(mm)进给量(mm/耐用度(min)刀具消耗(块)占用机床时间(h)刀具费用(元)机床费用(元)加工效率(以YT15为1)加工费用(元)注：加工设备型号为KCF2009(立式车床)机床折旧费： 0元/h. 结语复合SiC是切削奥氏体高锰钢较为理想的刀具材料，其切削效率和切削经济效益均优于TiN涂层硬质合金刀具和复合Si N4刀具，在实际生产中取得了明显经济效益。

TiN涂层硬质合金刀具适合于低速切削高锰钢 0m/mm)，切削效率差，其破坏形式为脆性破裂。

复合Si N4刀具切削高锰钢时，刀头容易发生脆裂，其表面磨损形式为扩散磨损;复合SiC刀具切削高锰钢时，最佳切削速度为50m/min切削高锰钢其表面磨损形式为磨料磨损和扩散磨损，其经济性和实用性超过复合Si N4刀具。威海治疗白癜风费用

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