TiAlSiN涂層刀具高速干車削鈦合金磨損機理研究*

吳振宇，鄭光明，姜秀麗，楊先海，李學偉，劉煥寶

(1.山東理工大學機械工程學院，淄博 255000；2.山東省機械設計研究院，濟南 250031)

0 引言

鈦合金在航空航天、生物醫學等領域應用廣泛，然而鈦合金同時還具有塑性低、熱傳導系數低和高溫下化學活性大等特性，是一種典型的難加工材料[1-2]。

在鈦合金干式切削中，通常認為切削速度大于60 m/min時為高速切削[3]。研究發現，高速干切削鈦合金時，Al2O3/TiCN涂層刀具前刀面磨損主要是涂層剝落、粘結和溝紋，而后刀面主要為粘結磨損和磨粒磨損[4-5]。TiAlN、CrAlN涂層刀具前刀面主要磨損機理是粘結磨損，后刀面出現主要磨損機理為磨粒磨損和擴散磨損[6-7]。由此可見，涂層成分與結構不同，刀具的磨損機理也不同。TiAlSiN涂層具有較高的硬度、優異的高溫抗氧化性、良好的熱穩定性和耐磨性，在鈦合金高速干切削領域具有廣泛的應用前景[8-9]。目前國內外學者對鈦合金高速干切削刀具磨損的研究主要集中在Al2O3/TiCN、TiAlN、CrAlN等單涂層或多涂層刀具，而對TiAlSiN涂層刀具的研究較少。

本文采用TiAlSiN涂層硬質合金刀具進行高速干車削TC4試驗，通過分析刀具前、后刀面的磨損SEM圖像和EDS能譜圖，探究TiAlSiN涂層刀具的磨損形式和磨損機理，為鈦合金的高效加工提供理論參考。

1 試驗設計

1.1 工件材料

試驗所用工件材料為一種α+β型鈦合金，國內牌號TC4，其組成為Ti-6Al-4V。工件為棒料，尺寸φ115 mm×300 mm。其主要物理力學性能為：密度4.5 g/cm3，抗拉強度935 MPa，屈服強度865 MPa，彈性模量114 MPa。其化學成分如表1所示[10]。

表1 TC4的主要化學成分 (wt%)

1.2 刀具材料

選用某公司生產的TiAlSiN涂層硬質合金刀具，型號為CNMG120408-NM?！?br>