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整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生机理分析

作者: 点击:127 发布时间:2021-10-19

制造硬质合金刀具采用的金刚石磨削处理可以使刀具表面层的物理?机械特性变坏或者改善。决定表面层质量的基本参数是:微观形貌(即表面粗糙度),表面层的结构和亚结构,第Ⅰ类残余应力值及其分布。烧结后的硬质合金通常具有不低于Rz5μm的表面粗糙度,金刚石加工可以保证Rz不低于2μm,在Rz=1~5μm范围内显微粗糙度的深度实际上不影响硬质合金的寿命指标。在磨削加工中硬质合金晶粒内部的细微结晶结构参数也发生变化,嵌晶块发生破碎(相干分散区),其值减小一个数量级,由(10~15)×10-5mm降到(10~15)×10-6mm。晶粒显微畸变值(Δd/d,第Ⅱ类应力)发生变化,表面层性能也相应变化。但是,实际上细微结晶结构参数变化与硬质合金寿命之间并未发现直接关系。所以在循环载荷下(如铣削力)硬质合金的使用寿命既与表面层的结构和亚结构无直接关联,又首先不是决定于表面粗糙度,而是决定于表面层的残余应力状态,即第Ⅰ类残余应力值及其沿截面的分布对硬质合金的强度和寿命起着决定性因素。表面层残余压应力的形成促使断裂源迁移到距离表面更深的受载荷较小的层次,抑制了裂纹的萌生和扩展,这就使得强度和寿命增加;同时随着硬质合金表面层残余压应力层分布深度的增加,其强度和寿命逐渐提高。而表面层形成的残余拉应力则促进裂纹的萌生和扩展,是产生裂纹的必要条件,且使得强度和寿命降低。但磨削后的表面往往既有残余压应力又有拉应力,因此,理想的磨削表面层状态应是表面层残余压应力值越高越好,残余压应力层分布越深越好;近表面层残余拉应力值越低越好,残余拉应力层越薄越好,拉应力值距离表面越深越好。反之,表面层较浅的压应力分布和近表面层过高的拉应力值则是萌生磨削裂纹的主要原因。所以,在磨削加工过程中应尽量减小和避免残余拉应力的产生。

在多数情况下硬质合金制品烧结后在表面层产生残余拉应力(起源于热),这种拉应力值可达500~1000MPa。该应力层的深度不大于5~7μm,应力渗入深度不超过30~40μm。越接近表面,其值越高;钴含量越高,其值越高。因此烧结后的硬质合金抗弯强度值(TRS值)和疲劳寿命值很低。但磨削余量常大于0.1mm,因而随后的磨削加工在去除硬质合金表层后完全可以消除烧结合金中的残余拉应力,并形成新的应力状态。由此可见,烧结工艺引起的残余应力对在磨削过程中残余应力的形成没有影响。