磁化—离子溅射复合技术强化高速钢刀具性能的研究

发布时间：2020-05-26 09:10

【摘要】：高速钢刀具是适用于切削或者钻削的一种硬度和强度极高的机械工具。在机械工业生产中所使用的的刀具大多数用来切削铁质材料,刀具的质量和品质越优越,市场所占有的比例也就越大。目前大多数高速钢凭借其独特的工艺和性能已经在市场中占据重要的地位,但已有研究发现以传统工艺制造的高速钢刀具很难有效提升极限加工精度。磁化处理技术是磁化频率、磁场强度、磁化时间为参数并且变化的一种手段。然而尽管磁场辅助在加工过程中有诸多优越性,但是仍存在少许不足之处。高速钢刀具伴随着钻削或者切削速度的提升,切削或者钻削效果往往不尽人意,切削后的工件尺寸达不到所需要的工艺要求,这就需要我们探究如何提升高速钢刀具的性能参数。而离子溅射镀膜技术被广泛地用于制备各种功能薄膜,以及提高机械零件表面的耐磨性能、耐腐蚀性能、抗氧化性能等。离子溅射和磁化在单一强化高速钢的条件下,优势很明显,但是仍有些不足。所以,本课题研究在预磁处理的基础上溅射镀膜TiN薄膜的复合强化处理对高速钢刀具性能的影响。本课题实验材料使用W6Mo5Cr4V2高速钢刀具,使用简易自制的磁化设备对高速钢刀具进行预磁处理,第一,研究磁化参数对刀具表面的洛式硬度和显微组织的影响;第二,为了获得在复杂多变的工艺条件下最优的溅射镀膜参数,进行在不同镀膜参数条件下溅射镀膜TiN膜层的实验。在基体预磁化的基础上,再重新离子溅射镀膜,,然后在其复合表面基体部位进行实验研究,研究刀具在预磁处理的基础上溅射镀膜的表面摩擦磨损性能和显微组织的变化。在本次正交试验所取的溅射离子参数范围内,通过实验得出提升W6Mo5Cr4V2高速钢刀具膜层结合力的最优化工艺参数为基体负偏压80V,氮气分压0.25Pa,沉积时间60min,沉积温度250℃,弧电流65A。利用金相显微镜观察高速钢材料的组织形貌,通过切削试验来探究刀具复合处理后钻削性能得到提升的机理。试验结果表明:高速钢刀具经过预先磁化处理后对其减少摩擦磨损有很大的影响,而且对于经过预磁镀膜复合后的刀具硬度也有很大的提升,在本试验中,在磁化处理参数为15Hz时,刀具磨损量最少。在高速钢钻头钻削45~#钢试验中,经过磁化镀膜复合处理后的钻头刀具在加工工件时的表面质量和未处理后的表面质量相比有很大的优化,工件表面粗糙度降低幅度为26.5%~42.2%,且经过复合处理过的钻头对工件表面质量有较大的变化,实验中设置实验工艺参数为磁场频率10Hz,磁化时间为30s;基体负偏压80V,氮气分压0.25Pa,沉积时间60min,沉积温度250℃,弧电流65A时,工件表面质量最好。
【图文】：

机械磨损,过程曲线

图 1.1 机械磨损过程曲线FIG. 1.1 curve of mechanical wear process.属材料摩擦学性能的影响研究现状领域发展当中使用的工业应用的案例[16-17]早期就已经出现，在电子、机械、信息等领域中发挥巨大的作用，同时，，并且强化它的表面性能。它是在磁场中基体退磁状态磁化磁化向量转动过程的一种工艺方法。在设置好磁场参数条腔体内，在磁场磁力线的作用下，刀具表面的微观组织发艺手段[18]。相对于电镀和涂层等其它强化处理方法，磁化组织结构的一种的技术手段，这种方法既可以不改变金属金属表面的强化[19]效果明显，在机械制造行业生产中占据者对磁化技术都有了长足深入的研究和显著成果。在 20 世[20-23]

示意图,磁化处理,磁化时间,磁化装置

图 2.1 磁化处理装置示意图FIG. 2.1 schematic diagram of magnetization treatment device. 磁化装置示意图可知，实验前设置好磁化频率和磁化时间等参数电后，调节变频器来改变磁化频率参数大小来达到实验所要求的磁场强度会随着磁化频率数值的变化而发生改变，通过磁化时间究磁场对工件材料的影响和效果。镀膜工作原理
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TG711

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