大型高錳鋼托輪是露天煤礦開采設(shè)備的關(guān)鍵零件之一，其耗損大，造價(jià)高（每件約5萬(wàn)元人民幣）。隨著近年來(lái)大型露天開采設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，大型高錳鋼托輪的切削加工也成為一個(gè)難題而提出。

　　奧氏體高錳鋼在較大沖擊和壓力下，其晶格結(jié)構(gòu)迅速產(chǎn)生高密度位錯(cuò)和形變孿晶，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的加基金項(xiàng)目：淮海工學(xué)院自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（Z2004022）工硬化；高錳鋼在400——800C時(shí)，大量（FeMn）3C硬質(zhì)相從7相中析出，使高錳鋼塑性幾乎變?yōu)榱悖桓咤i鋼的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，僅為中碳鋼的1/4因此高錳鋼是典型的難加工材料11——41.過(guò)去高錳鋼用于破碎機(jī)、挖壁機(jī)、球磨機(jī)等耐磨領(lǐng)域時(shí)一般毋須切削加工。但近年來(lái)，隨著高錳鋼逐漸應(yīng)用到磁懸浮列車、鑿巖機(jī)器人、新型坦克、大型露天開采設(shè)備等先進(jìn)裝備中，它的切削加工問(wèn)題需從根本上得以解決。

　　本文利用TN硬質(zhì)合金刀具、復(fù)合SC刀具和復(fù)合SiN4刀具對(duì)奧氏體高錳鋼進(jìn)行了切削試驗(yàn)研究，測(cè)定了刀具材料的磨損曲線，分析了刀具材料磨損、破損機(jī)制，提出了改進(jìn)高錳鋼切削加工性的措施。

　　1試驗(yàn)方法試驗(yàn)高錳鋼工件是經(jīng)1050C水韌處理后的奧氏體高錳鋼（7相組織），化學(xué)成分為1.05%12.2%——12.6%的Mn0.7%——0.9%的Si試驗(yàn)工件為065X300奧氏體高錳鋼圓棒。使用高錳鋼要求表面加工質(zhì)量一般為半精加工，所以試驗(yàn)按半精加工設(shè)計(jì)，選取試驗(yàn)條件為切削深度aP=0.5進(jìn)給量/=0.3mm/r干切，切削幾何參數(shù)確定不變（由裝卡決定）。切削機(jī)床為C620-3普通機(jī)床。掃描電子顯微鏡為S-25CMK型，切削溫度測(cè)量?jī)x為WDH-型光電溫度計(jì)。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及分析溫下為7相，在400——750C錳鋼塑性明顯下降，幾乎接近于零，這顯然與（FeMn）3C由可知，高錳鋼在400——800C之間有大量（FeMn）3C從奧氏體中析出，隨著溫度的升高，（FeMn）3C又完全溶于奧氏體中。為經(jīng)1050C水韌處理后的奧氏體高錳鋼再熱溫度與伸長(zhǎng)率的關(guān)系111曲線，常一為硬質(zhì)合金刀具和TN涂層硬質(zhì)合金刀具后刀面磨損寬度（B）與切削時(shí)間、切削速度的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，切削奧氏體高錳鋼時(shí)，TN涂層硬質(zhì)合金的耐磨性明顯優(yōu)于硬質(zhì)合金；TN涂層硬質(zhì)合金刀具適合于低速切削。

　　為TN涂層硬質(zhì)合金刀具在中速v=破損形貌。經(jīng)實(shí)測(cè)，此時(shí)的切削溫度為721C，根據(jù)2高錳鋼此時(shí)在切削的局部區(qū)域有大量（FeMn）3C析出，其塑性幾乎后刀面磨損機(jī)理變?yōu)榱?。TN涂層硬質(zhì)合金在此時(shí)承受著來(lái)自高錳鋼的脆硬沖擊作用，因此，刀具前刀面發(fā)生因沖擊造成析出有關(guān)。

　　的脆性破裂，后刀面也有脆性脫落，的掃描電鏡形貌照片驗(yàn)證了這一結(jié)果。根據(jù)磨損曲線和顯微形貌綜合分析表明，TN涂層硬質(zhì)合金刀具適合于低速切削，速度越低對(duì)切削越有利，切削速度不超過(guò)30mmin（a）為SCSiN4兩種刀具切削ZGMn13時(shí)切削時(shí)間與后刀面磨損寬度的關(guān)系曲線，可以看出，在切削速度、切削深度和進(jìn)給量不變的條件下，復(fù)合SC和SiN4兩種刀具的后刀面磨損寬度隨著切削時(shí)間的加而變大。（b）為SGSiN4兩種刀具切削ZGMn13時(shí)切削速度與后刀面磨損寬度的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，SC陶瓷刀具半精車ZGMn13當(dāng)切削速度在17.2——50.0mmin時(shí)，后刀面磨損寬度隨著切削速度的加而減??；當(dāng)切削速度在50.0——73.4mmin范圍時(shí)，后刀面磨損寬度隨著切削速度的加而大。這說(shuō)明切削速度在50mmin左右時(shí)，SC陶瓷刀具的磨損值最小。

　　而SiN4陶瓷刀具在切削速度為33m/min左右時(shí)，SiN4陶瓷刀具后刀面磨損值為0.38當(dāng)切削速度為70m/nin左右時(shí)，Si3N4陶瓷刀具后刀面磨損值為0.27因此，SiN4陶瓷刀具應(yīng)選在70mmin左右進(jìn)行切削。

　　（a）為SiN4后刀面出現(xiàn)的崩刃狀況。這種切削的脆性斷裂與高錳鋼切削時(shí)加工硬化和一定溫度區(qū)間的組織改變有關(guān)。此時(shí)，實(shí)測(cè)切削溫度約為630°C，而高錳鋼7相在400——800C之間析出大量（FeMn）3C（2），高錳鋼的脆性沖擊作用使復(fù)合SiN4破裂。

　　削后復(fù)合SiN4前刀面的磨損形貌，磨損外觀屬典型的韌窩狀破壞。經(jīng)實(shí)測(cè)此時(shí)的切削溫度約為930根據(jù)，2高錳鋼中的（FeMn）3C又完全溶于7相中，此時(shí)高錳鋼為單一7相。對(duì)韌窩坑底隨機(jī)取點(diǎn)進(jìn)行了X射線元素分析表明，刀具前刀面FeMnSi的峰值比較明顯，顯然此時(shí)發(fā)生的磨損為擴(kuò)散磨損，韌窩坑是由刀具表面局部材料變質(zhì)、強(qiáng)度下降所致。

　?。╟）為SC刀具在v=24min時(shí)前刀面犁出的溝痕，是典型的磨料磨損形貌。經(jīng)實(shí)測(cè)，此時(shí)切削溫度約為770°C，說(shuō)明產(chǎn)生的溝痕是高錳鋼7相中在該溫度下析出的（FeMnhC所致。（d）是在v=84.78mmht=20min時(shí)SC前刀面的磨損形貌，呈明顯的韌窩狀磨損。經(jīng)實(shí)測(cè)，此時(shí)切削溫度約為1040C高錳鋼中的（FeMn）3C硬質(zhì)相在該溫度下己完全溶于7相中。對(duì)韌窩坑底內(nèi)X射線元素分析表明，除了具有基體元素TiASiMg外還有FeMn因此這也屬于由于局部材料變質(zhì)導(dǎo)致的典型的韌窩狀破壞的擴(kuò)散磨損。

　　綜合以上刀具磨損、破損機(jī)制分析表明，當(dāng)切削溫度在高錳鋼脆化溫度范圍400層硬質(zhì)合金刀具和復(fù)合S：3N4刀具極易產(chǎn)生脆化破裂，而復(fù)合SC刀具在此溫度僅發(fā)生機(jī)械磨損。當(dāng)切削溫度高于高錳鋼的脆化溫度時(shí)，復(fù)合SC和復(fù)合SiN4刀具均發(fā)生了擴(kuò)散磨損。通過(guò)對(duì)高錳鋼的切削加工性及新型刀具材料加工高錳鋼時(shí)的磨損和破損形態(tài)的研究分析，筆者找出了一種效率高、成本低的加工方法，并將其成功地應(yīng)用于某廠為安太堡大型露天煤礦制造的ZGMn13托輪的切削加工上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　表1各種刀具加工ZGMn13托輪各項(xiàng)指標(biāo)的比較Table1Differentindexcanparison500341013202040注：加工設(shè)備型號(hào)為KCF2⑴9（立式車床），機(jī)床折舊費(fèi)30元也表1為幾種刀具切削加工托輪的各項(xiàng)指標(biāo)比較，可以看出，各種刀具材料切削加工高錳鋼零件的效率和經(jīng)濟(jì)效益，從而進(jìn)一步證實(shí)復(fù)合sc陶瓷刀具在現(xiàn)有的機(jī)加工設(shè)備上加工是切實(shí)可行的。給安太堡制造的托輪每件售價(jià)約5萬(wàn)元，每個(gè)托輪的鑄造費(fèi)用約2萬(wàn)元。由表1得出，利用YT15和TN涂層刀具，從理論上計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)一定利潤(rùn)，但從事實(shí)上由于效率太低而不可能實(shí)現(xiàn)，而利用復(fù)合SC陶瓷刀具每件可創(chuàng)利稅28680元，利用SiN4刀具每件可創(chuàng)利稅27960元。在實(shí)際的切削過(guò)程中，復(fù)合SiN4刀具破損較嚴(yán)重，刀具消耗比復(fù)合SC陶瓷刀具大，輔助時(shí)間加，雖然從切削速度上比復(fù)合SC刀具稍高，而總的效率卻降低。因此，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中選用了復(fù)合SC陶瓷刀具材料。若每年按制造50件托輪計(jì)算利用復(fù)合SC陶瓷刀具可創(chuàng)利稅約143萬(wàn)元。復(fù)合SC刀具在目前應(yīng)用中己取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

　　3結(jié)復(fù)合SC是切削奧氏體高錳鋼的較為理想的刀具材料，其切削效率和切削經(jīng)濟(jì)效益都優(yōu)于TN涂層硬質(zhì)合金刀具和復(fù)合SiN4刀具，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。TN涂層硬質(zhì)合金刀具適合于低速切削高錳鋼（<30m/nin），切削效率差，其破壞形式為脆性破裂。采用復(fù)合SC刀具切削高錳鋼時(shí)，最佳切削速度為50mmin切削高錳鋼其表面磨損形式為磨料磨損和擴(kuò)散磨損。采用復(fù)合SiN4刀具切削高錳鋼時(shí)，刀頭容易發(fā)生脆裂，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性不及復(fù)合SC刀具；其表面磨損形式為擴(kuò)散磨損。