涂層CBN刀具加工奧貝球墨鑄鐵

                    2020-08-27

                        等溫淬火球墨鑄鐵(Austempered Ductile Iron,簡稱ADI)是通過等溫淬火處理得到奧氏體和貝氏體為基體的球磨鑄鐵,也稱之為奧貝球磨鑄鐵。結合了高強度的貝氏體和球狀石墨組織,ADI具有比強度高、耐磨抗磨、吸音減振、缺口敏感性好、沖擊韌度和疲勞強度高等優良的綜合性能,同時又保留了原有鑄造工藝的好處,可制造復雜形狀零件。和類似的鑄鋼、鑄鋁等材相比,具有最優的經濟性能。


                    美國標準 ASTM A897/A897M-2015


                    不同材料相對經濟性對比

                            進入21世紀后,等溫淬火球磨鑄鐵在汽車、工程機械、船舶重工、農業機械、冶金礦山、風電、高鐵配件等行業中的應用發展迅速。比如輕,中、重型卡車的齒輪、曲軸、凸輪軸、變速器輸出軸、懸架控制臂、等速萬向節、發動機支架、拖鉤、制動器三腳架、橫向穩定桿、懸架托架、輪轂、離合器分離軸承套筒、懸掛彈簧座、差速器十字軸,以及船舶發動機氣缸套等等。


                    Tuscan Speed 6跑車奧貝球鐵曲軸


                    重型傳播船舶發動機氣缸套


                    ADI 顯微組織掃描電鏡照片。

                    其中,球狀石墨約占材料體積比15%,

                    球狀石墨平均直徑30μm,平均間距75μm


                     和普通的球墨鑄鐵類似,在ADI的機械加工過程中,鐵合金基體和球狀石墨的強度截然不同,相當于斷續切削,刀具震動很大,容易造成崩刃。

                     同時,出于等溫淬火熱處理相圖和工藝的考慮,ADI在成分中增加了鎳(Ni 0.73wt%)、銅(Cu 0.87wt%)等奧氏體形成元素含量,以及起到強化和抗氧化作用的鉬元素,切屑粘刀嚴重,增加了刀具的快速磨損。


                    PCBN加工Grade 4 ADI,切屑宏觀照片和掃描電鏡形貌。

                    左邊,切削速率Vc=100 m/min;

                    右邊Vc=400 m/min。

                    (進給f=0.05mm/rev,切深0.2mm)


                        切削速度從50m/min提高到200m/min,切屑的形變硬化起到主導作用,切屑的硬度和主切削力有所增加。隨著切削速度繼續提高,切屑從帶狀逐漸轉變為鋸齒形,斷屑效果逐步凸顯,切削力逐漸穩定。切削速度超過400m/min,切削變形和切削溫度的提高誘發ADI顯微組織中殘余奧氏體發生馬氏體相變,切屑的硬度增加,加速PCBN刀片的加速。繼續提高切削速度,切屑在高溫下發生組織恢復和氧化,刀片磨損加劇。


                    PCBN加工Grade 4 ADI,切削力和

                    切屑硬度隨著切削速度的變化


                            對于等溫淬火球墨鑄鐵加工中的上述問題,國際國內知名刀具企業均缺乏有效的解決方案。一般來說,考慮到斷續切削的崩刃,優先采用CBN含量中等(65%、70%、最多75%)的PCBN材料,最好是金屬類結合劑(鈦合金或者Al/Ni/Co)。同時,合適的涂層,也是提高PCBN加工ADI效能的有效手段。

                            威士精密工具(上海)有限公司開發的復合納米功能涂層(已申報國家發明專利)兼顧PVD膜層的結合力、抗磨、以及抗黏著等功效,在淬火硬化鋼的試切中取得初步成功。配合我們以往加工球墨鑄鐵的成功經驗,有望成為等溫淬火球墨鑄鐵加工的利器。



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