刀具产生热裂纹的主要原因.doc

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1、刀具产生热裂纹的主要原因：1、在热源温度较低时，最大热拉应力和最大热剪应力及热冲击的作用，使刀具中的微观裂纹亚临街扩展到临街状态而引起疲劳，形成宏观裂纹。2、在热源温度较高时，一方面由于最大拉应力和最大剪应力及热冲击的作用而产生疲劳裂纹，另一方面由于高温下硬质合金刀具的钴粘结相塑性较好，在剪应力的作用下发生剪切滑移，从而使硬质相晶粒产生相对滑移，增大了微观裂纹的宏观速率，加快了宏观裂纹的形成。涂层一般是在1000℃以上的高温形成的，涂层与硬质合金刀具的基体的膨胀系数相差较大，在冷却至常温时，涂层的收缩量教硬质合金基体

2、的大，致使涂层刀具表面存在一定的拉应力。由于这种残余拉应力的存在使刀具表面抗疲劳能力降低，使得在切削过程中刀具与工件或切削的冲击，因接触疲劳而引起涂层的剥落。在高温下对硬质合金基体进行涂层时，基体表面的碳化物硬质相会由于高温蒸发或与涂层材料的脱碳反应而产生脱碳效应，在涂层与基体之间形成一种脆性η相，切削过程在切削力作用下极易在涂层界面形成原始裂纹。涂层是在基体表面上结晶生长而行成的，因此涂层的均匀度表面能“凸峰效应”的影响较大，于是涂层前对基体刃口和表面的钝化和精华处理要求较高，否则涂层刀具在使用时易在微观凸峰处出现

3、过快的初期磨损，在刃口锋利处出现涂层微观崩纹，而引起刀具刃口破损。由于刃口钝化而导致后刀面正压力过大，进一步致使刃口产生塑性变形。涂层硬质合金刀具的切削机理1、涂层具有耐磨的屏障作用。涂层材料一般都具有硬度高、导热系数小、耐热性好、形成自由能低等特点。涂层材料的高硬度，可在刀与屑、刀具与工件表面起到应力屏障作用，从而避免切屑或工件上的硬点与刀具表面发生摩擦磨损作用。同时由于涂层材料的导热系数小，减小切削热传入刀体而起到屏障作用。涂层材料的本身耐热性好，可保证刀具在较高温度下的切削作用，涂层材料的形成自由能低，则化学性

4、质稳定，不易分解和扩散，且可有效防止环境介质对刀面的化学侵蚀作用，从而起到化学扩散的屏障作用。涂层不仅可使刀具表面抗磨粒磨损、抗扩散磨损、抗氧化磨损的能力大大增强，而且对刀具基体的能力也可起到有效的保护作用。2、涂层的固体润滑作用。涂层材料的自由能低，化学性能稳定，与工件的化学亲和力小，因此可在刀与屑、刀与工件界面有效地起到抗粘结的作用。在切削区高温条件下，TiC、TiN等涂层还可被氧化生成一些较软的TiO2、AL2O3在800℃以上也具有相当的流动性，可起到极压润滑作用。二者的作用都使涂层材料起到了很好的固体润滑作

5、用，不仅使刀具的抗粘结磨损的能力增强，对降低切削力、切削温度和提高加工质量均有好处。3、涂层与基体的匹配作用。涂层刀具的基体是保持刀具整体强度，支撑涂层材料及形成刀具刃形和槽形的基础，因此，基体虽不与工件和切削直接接触，但它对刀具整体性能起到很重要的间接作用。同样涂层的材料和厚度，若基体不同，则其切削性能会有相当大的差异。