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刀具材料的新发展
在21世纪未来的岁月里,切削加工仍将是机械加工最主要的方法。其中,刀具材料起着至关重要的作用。刀具材料性能的优劣,直接影响切削加工能否正常进行。为了保证提高加工效率和加工质量,同时降低加工费用,刀具材料的性能必须优良,并向更高水平发展。
" 在切削加工中,刀具费用约占加工总费用的5%。加工效率和机床、人工等费用受到刀具工作状况的严重制约。只有在刀具正常工作和运转的情况下,加工效率才能得到提高,加工总费用才能保持正常或a减少;反之,切削加工不能正常进行,甚至被迫停止。本文从加工对象的新要求、有关科学技术的新发展和材料的资源状况3个方面,阐述刀具材料新的发展趋势。
加工对象的新要求推动刀具材料新发展
刀具材料和工件材料交替发展,相互促进,是推动切削加工不断发展进步的历史规律。随着各种机械产品的使用性能不断提高和生产批量的加大,工件材料的机械、物理性能及其加工难度日益提高,高效加工和高速切削的应用更为广泛,加工精度的要求不断提高。刀具材料必须适应工件材料新品种的出现及其加工新要求向前发展。现就几种主要的工件材料分述于下。
黑色金属是最主要的结构材料和加工对象
过去,碳素结构钢用得最多,其加工多在正火或高温调质(淬火,高温回火)状态下进行。屈服强度σs和抗拉强度σb分别为40~50MPa和60~70MPa,硬度约为HRC20,故加工难度不大。后来随着产品使用性能的不断提高,合金结构钢得到广泛应用,经过中温调质,有些成为高强度钢和超高强度钢。一般来说,σs>800~1000MPa和σb>1000~1200MPa为高强度钢,σs>1200MPa和σb>1500MPa为超高强度钢。高强度钢和超高强度钢调质后的硬度为35~45HRC。高强度钢的合金元素总含量一般不超过6%,有Cr钢、Cr-Ni钢、Cr-Si钢、Cr-Mo钢、Si-Mn钢、Cr-Mn-Si钢、Cr-Ni-Mo钢等,多用于机器中的关键承载零件,如高负荷砂轮轴、高压鼓风机叶片、重要的齿轮与螺栓、发动机曲轴、连杆和花键轴等。超高强度钢分低合金(合金元素总含量小于6%)、中合金和高合金(合金元素含量多)3种,如飞机大梁、飞机发动机轴件、飞机起落架、某些火箭壳体、部分大炮炮管和炮弹弹体都采用超高强度钢制造。如35CrMnSiA和40CrNi2Mo是传统的低合金超高强度钢,4Cr5MoVSi属于中合金超高强度钢,1Cr12Mn5Ni4Mo3Al和00Ni18Co8Mo5TiAl为高合金超高强度钢。
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