【摘 要】
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本文通过闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了两种Y含量的CrxAlyY1-x-yN镀层。通过不同切削参数下进行的铣削实验,以磨损曲线、磨损形貌、切削力和切削热来研究镀层对M2高速钢铣刀切削磨损性能的影响。同时在不同温度下进行恒温热磨损实验,并结合洛氏压痕、维氏压痕及划痕法测试和SEM,TEM等分析,探讨了微结构对镀层热稳定性的影响。结果表明:切削过程中,镀层铣刀的测量温度始终高于未镀层铣刀,但镀层
【基金项目】
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四川省腐蚀与防护重点实验室开放基金项目的资助（2013CL02）；
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本文通过闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了两种Y含量的CrxAlyY1-x-yN镀层。通过不同切削参数下进行的铣削实验,以磨损曲线、磨损形貌、切削力和切削热来研究镀层对M2高速钢铣刀切削磨损性能的影响。同时在不同温度下进行恒温热磨损实验,并结合洛氏压痕、维氏压痕及划痕法测试和SEM,TEM等分析,探讨了微结构对镀层热稳定性的影响。结果表明:切削过程中,镀层铣刀的测量温度始终高于未镀层铣刀,但镀层均提高了高速钢铣刀的寿命、延长了铣刀的平稳磨损期。切削速度越大,镀层对高速钢铣刀寿命的提高越明显,其中,Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层和Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层高速钢铣刀寿命较未镀层高速钢铣刀分别从2.2和1.5倍提高到3.8和3.1倍;镀层刀具具有更好的热磨损性能。当切削速度为40m/min时,镀层铣刀加工的切屑中氧化部分的占30-40%,而高速钢铣刀的切屑氧化则少于5%;镀层刀具后刀面上组织二次回火区仅为29μm左右,比高速钢铣刀减少31%;同时,高速钢铣刀刀尖切屑粘着面积约50%,而镀层刀具上基本无粘结,镀层的热屏蔽作用使得切削热更多的传导至切屑中,维持了刀具基体的热稳定性;镀层铣刀的加工切屑锯齿状结构更加细小均匀,改善了刀具的加工质量。进给量对刀具寿命的影响不同于切削速度。当进给量分别为250mm/min,300mm/min,350mm/min时,Cr0.768Al0.15Y0.082N和Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层铣刀分别为高速钢铣刀寿命的3.8、3.4、3.5倍和3.2、2.1、2倍,镀层对刀具寿命的作用下降。进给量越大,工件对刀具的切削阻力越大,刀刃出现崩刀等破损的比例增加,韧性越稳定的刀具,切削磨损性能越好;此外,镀层刀具的破损程度和切削力受进给量的变化影响较小,镀层提高了刀具的切削稳定性。恒温热磨损实验表明镀层的磨损是以磨粒磨损和氧化磨损为主,随着磨损温度依次升高,Cr0.768Al0.15Y0.082N和Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层的摩擦系数都呈现下降的趋势,但镀层在500℃前均没有明显的破裂和脱落现象,且磨损失重率变化不明显,表明镀层在500℃前具有良好的力学及热摩擦磨损性能。500℃退火处理后,镀层的硬度分别下降了2%和2.5%,而洛氏压痕、维氏压痕及划痕法测试均表明其膜基结合和韧性变化不明显;XRD和TEM衍射分析表明经500℃退火后镀层仍以Cr N和Cr2N为主,化学成分及相结构的稳定维持了镀层的红硬性。镀层的层间距分别由3.75和3.98nm增加至4.98nm和5.58nm,但都维持在5nm左右。这种纳米多层结构的热稳定性提高了铣刀在冲击条件下的热磨损性能。
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