磁化處理對高速鋼刀具材料性能影響

蒼 鵬， 劉 靜， 母德強(qiáng)， 王立威

（長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林長春 130012）

0 引 言

在金屬切削加工中，提高刀具耐用度和切削效率及加工質(zhì)量一直是人們十分關(guān)注的一個重要問題。提高刀具壽命的方法有多種，如合理選用刀具材料及其幾何參數(shù)和切削用量，對刀具進(jìn)行各種表面強(qiáng)化措施等，但每一種方法都存在著不足之處。

磁化處理法就是一種使刀具經(jīng)過磁化處理后進(jìn)行切削的方法。實(shí)踐證明，磁化處理方法簡單，使用方便，不需要昂貴的設(shè)備投資和機(jī)床改造就可以使刀具壽命得到較顯著的提高［1－8］。

文中利用脈沖磁場對高速鋼材料進(jìn)行處理，對處理前后的樣件進(jìn)行耐磨性和沖擊韌性實(shí)驗(yàn)研究。

1 脈沖磁化處理高速鋼的耐磨性實(shí)驗(yàn)

1.1 高速鋼耐磨性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

磨損試驗(yàn)機(jī)：M-200型。

實(shí)驗(yàn)試樣：高速鋼W6Mo5Cr4V2，φ30mm滾輪。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：

1）負(fù)載：50kg；

2）試樣軸轉(zhuǎn)速：下試樣軸轉(zhuǎn)速400r／min，上試樣軸轉(zhuǎn)速360r／min；

3）測量時間間隔0.5h。

滾輪經(jīng)過雙向脈沖磁化處理后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用稱重法評定刀具材料的磨損量，以評價試樣磁化處理前后的耐磨性能。磨損后稱量前試樣用丙酮浸泡去油污并烘干，用精度達(dá)萬分之一的分析天平稱量，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

試驗(yàn)的磨損量：

式中：ωn－1——試樣在磨損前的重量；

ωn——試樣在磨損后的重量。

1.2 高速鋼耐磨性實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)1：試樣未經(jīng)磁化處理，高速鋼磨損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 未磁化處理高速鋼磨損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)2：試樣經(jīng)脈沖磁化處理，樣件未消磁處理，磁場強(qiáng)度Br＝320Gs，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 磁化處理未消磁高速鋼磨損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)3：試樣經(jīng)脈沖磁化處理后，進(jìn)行退磁至Br＝0Gs，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 磁化處理退磁后高速鋼磨損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3種實(shí)驗(yàn)高速鋼的磨損量曲線如圖1所示。

圖1 磨損總量曲線

從圖1可以看出，脈沖磁化處理能夠提高高速鋼刀具材料的耐磨性，脈沖磁化處理后，進(jìn)行退磁比未退磁處理的效果好。

2 脈沖磁化處理高速鋼的抗沖擊韌性實(shí)驗(yàn)

試樣為高速鋼W6Mo5Cr4V2材料，尺寸10mm×10mm×55mm。經(jīng)過常規(guī)的淬火以及3次回火，制備9個試件，3個未處理，6個脈沖磁化處理（其中，3個磁化后退磁至Br＝0Gs，另3個保留剩磁）。試驗(yàn)在9kg·m的沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行常溫沖擊試驗(yàn)。

試件的沖擊韌性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4、表5和表6。

表4 未經(jīng)脈沖磁化處理高速鋼抗沖擊功實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 經(jīng)脈沖磁化處理高速鋼抗沖擊功實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 經(jīng)脈沖磁化處理退磁后高速鋼抗沖擊功實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表4～表6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，脈沖磁化處理能夠提高高速鋼刀具材料的抗沖擊韌性，脈沖磁化處理后，未退磁處理比進(jìn)行退磁處理的效果好。

3 結(jié) 語

通過上述試驗(yàn)及結(jié)果分析，可以得到如下結(jié)論：

1）脈沖磁化處理能夠提高高速鋼刀具材料的耐磨性和抗沖擊韌性。從而能夠有效改善機(jī)械切削加工性能，提高刀具使用壽命。

2）脈沖磁化處理后，進(jìn)行退磁比未退磁處理的耐磨性效果好。

3）脈沖磁化處理后，未退磁處理比進(jìn)行退磁處理的抗沖擊性能好。

［1］ 崔高健，母德強(qiáng)，趙鑫.脈沖磁化處理對高速鋼刀具性能的影響［J］.吉林工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999，20（3）：1-3.

［2］ Miller P C.Look at magnetic treatment of tools and surface［J］.Tooling ＆Production，1990，55（12）：100-103.

［3］ Tang Fei，Lu Anli，Mei Jun Feng，et al.Research on residual stress reduction by a low frequency alternating magnetic field［J］.Journal of Materials Processing Technology，1998，74：255-258.

［4］ Miller P C.Look at magnetic treatment of tools and wear surface［J］.Tooling ＆Production，1990，55（12）：100-103.

［5］ Bataineh O，Klameck I B，Koepke B G.Effect of pulsed magnetic treatment on drill wear［J］.Journal of Materials Processing Technology，2003，134（2）：190-196.

［6］ Cai Zhipeng，Lin Jian，Zhao Haiyan，et al.Orientation effects in pulsed magnetic field treatment［J］. Materials Science and Engineering A，2005，398：344-348.

［7］ 景旭文，唐馨如.提高刀具耐用度的磁處理技術(shù)研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2002（5）：81-83.

［8］ 崔高健，母德強(qiáng)，王冰潔，等.脈沖磁化處理對刀具耐磨性能影響的試驗(yàn)［J］.吉林工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，22（4）：5-7.