浅谈影响金属切削过程中金相组织形成的因素

王芝桥 孙晓歌 曾小莉 苏岩 高艳玲

摘要：本文介绍了影响金属切削过程中金相组异常现象的定义和因素。

关键词：金属切削；加工参数；金相组织

1.引言

随着电子显微技术的发展，从微观上研究金属切削已成为一种成熟的技术。对于关键、重要旋转件，金相组织分析已在国外的著名航空发动机公司中已得到广泛应用。

金属切削过程是刀具推挤切削层，使其产生切屑和得到需要的加工表面的过程。切削变形的三个区域为：第Ⅰ变形区为基本变形区，主要变形为剪切滑移；第Ⅱ变形区为摩擦变形区，主要变形为塑性滑动；第Ⅲ变形区为已加工表面变形区，主要变形为弹性挤压。第Ⅲ变形区是最终使用表面，其微观金相组织的好坏决定着产品性能。本文重点介绍第Ⅲ变形区的金相组织及影响金相因素和应对措施。

2.金相组织类型及影响因素

在金属切削过程中，由于输入变量的不确定性，导致金相组织发生异常现象，经总结分析如下：

2.1 表面连续层：

加工表面母材发生连续的变化层，分为再结晶硬化层和表面扭曲层。再结晶硬化层金相组织主要体现为白层，非晶形层、重熔层等。表面扭曲层的金相组织主要体现为，变形层、拖曳层等，如图一所示。产生原因主要为润滑不充分、转速或进给高、刀钝、过热等。

2.2 表面不连续层：

金相加工表面母材发生不连续的变化层。其金相组织表现为，积屑层、黑点等，如图二所示。产生原因主要为冷却液压力过大、刀具磨损或损坏、铁屑残留等。

2.3污染或α相变：

切削过程中母材产生化学成份变化或合金元素扩散到母材。其金相组织表现为，积屑层、黑点等，如图三所示。产生原因主要为氧化、合金元素扩散到零件表面。

2.4异物：

非母体材料嵌入加工表面，如图四所示。产生原因主要为刀尖嵌入加工表面、刀具涂层或夹具的污染。

2.5交叠：

切削时产生塑性变形的褶皱区域如图五所示。产生原因主要为在钻/铰孔时，金属材料被折叠在加工表面。

2.6剥痕：

在加工表面小部分材料被去除产生小孔或坑，如图六所示。产生原因主要为切深大、刀具磨损或损坏、铁屑残留。

2.7剥落：

变形层与母体分离，如图七所示。产生原因主要为切深大、刀具磨损或损坏、铁屑残留。

2.8裂纹：

加工表面的分离、破裂或开裂，如图八所示。产生原因主要为过热或参与应力过大。

2.9 加工硬化

加工表面产生颗粒结构的波动，如图九所示。原因主要为快速或过度切削金属而造成表面严重变形。

3.结束语

影响金属切削过程中金相组织的因素很多，需要通过金相评估来确认金相组织，从而确保金属切削输入變量的正确性。当所有切削输入变量得到有效控制，零件微观金相组织异常现象才能满足产品设计要求。在实践过程中，是通过固定加工设备，夹具、刀具、切削参数、冷却液、数控程序来保证零件的金相组织。

参考文献：

[1]谭美田.金属切削微观研究.上海科技出版社.1988

[2]陆剑中.金属切削原理与刀具.机械工业出版社.2011