固溶處理在12Cr18Ni9Ti不銹鋼零件切削加工中的應用

摘 要：12Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼屬于較難加工材料。材料的切削加工性主要取決于材料的硬度、延展性、加工硬化、磨蝕性及導熱性等5個物理機械性能指標，通過實施固溶處理，降低了12Cr18Ni9Ti熱軋態(tài)板材組織中的碳化物顆粒數(shù)量，減弱了材料的加工硬化程度和磨蝕性。實施980℃×1h固溶處理后，在密封板零件的加工中，刀具壽命提高2倍，切削變形量降低91.25%。

關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；切削加工性；加工硬化；磨蝕性；固溶處理；碳化物

12Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼具有不銹、無磁性及塑性優(yōu)良等優(yōu)點， 在工程中獲得廣泛應用[1]。其特點是室溫下為單一奧氏體組織，強度低，加熱及冷卻時無相變，不能通過相變進行強化，形變強化是其唯一的強化手段[2]。12Cr18Ni9Ti材料的切削加工性差，屬于較難切削材料[3]。大家對如何通過改善切削參數(shù)、優(yōu)化切削刀具及切削方法等來提高12Cr18Ni9Ti材料切削效率的研究比較多，但對如何改善其切削加工性的報道不多。本文對利用固溶處理方法改善12Cr18Ni9Ti熱軋板材的切削加工性進行了探討。

1.切削加工性的影響因素

材料切削加工的難易程度常稱為切削加工性。良好的切削加工性是指刀具耐用度（壽命）較高[4]。材料的硬度、延展性、加工硬化、導熱性及磨蝕性等5個物理機械性能指標對材料的切削加工性起決定作用[5]，其關(guān)系是隨著硬度、延展性、加工硬化、導熱性及磨蝕性的提高，材料切削加工性均呈下降趨勢 [6] 。而材料的化學成分、金相組織則是決定其物理、力學性能的根據(jù)。

12Cr18Ni9Ti材料的導熱性差，硬度不高，延展性好（伸長率δ>40%，斷面收縮率Ψ>60%）。在冷加工時，由于碳化物第二相粒子強化和應變誘發(fā)相變強化等綜合作用產(chǎn)生加工硬化[7 8]，其強度可以由σb≈539MPa提高到σb≈1568MPa。

12Cr18Ni9Ti材料磨蝕性高。材料的磨蝕性是指材料中的碳化物等硬質(zhì)點在切削過程中對刀具的磨損能力[5]。在12Cr18Ni9Ti材料中，碳化物主要以（Fe，Cr）23C6和TiC硬質(zhì)點（TiC硬度3200HV）的形式存在。這些硬質(zhì)點在切削過程中在刀具表面上劃出一條條的溝紋從而造成刀具的機械磨損，產(chǎn)生硬質(zhì)點磨損即磨粒磨損。這是切削刀具磨損的一種常見形式。刀具壽命是碳化物尺寸和單位面積上碳化物數(shù)量的函數(shù)。對于一種給定的化學成分，當碳化物尺寸增加和數(shù)量減少時刀具的壽命明顯延長[9]。

2.改善12Cr18Ni9Ti材料切削加工性的途徑

鑒于12Cr18Ni9Ti材料成分及奧氏體組織的特性，提高其切削加工性的努力可以從改善其金相組織中碳化物的數(shù)量著手：①減少碳化物數(shù)量降低第二相碳化物粒子的強化作用，改善材料的加工硬化；②減少碳化物硬質(zhì)點，降低材料磨蝕性。固溶處理方法正好可以達到這樣的目的。

3.固溶處理的作用

在熱軋態(tài)12Cr18Ni9Ti材料中，分布有較多的碳化物（FeCr）23C6和TiC ，我們選用980℃進行固溶處理。固溶處理前后的金相組織見圖1、圖2。經(jīng)過固溶處理后，（FeCr）23C6被全部溶解[10]，碳化物硬質(zhì)點數(shù)量明顯減少。

在單批次100件密封板零件（熱軋板材下料尺寸20×55×255）的加工中實施980℃（空冷）固溶處理，在立式加工中心GX1000應用Φ50四刃面銑刀、 XNEX080608TR-ME09刀片進行生產(chǎn)驗證，相關(guān)硬度、刀具消耗及變形情況見表2。

4.總結(jié)

（1）固溶處理降低了12Cr18Ni9Ti材料中的碳化物粒子的數(shù)量，降低了材料的加工硬化傾向及磨蝕性，可以提高12Cr18Ni9Ti材料的切削加工性。

（2）在本實驗條件下，通過實施980℃×1h（空冷）固溶處理，加工密封板零件刀具的切削壽命提高了2倍，切削變形量降低了91.25%。

參考文獻：

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[4]潘健生，胡明娟，主編.熱處理工藝學[M].高等教育出版社，2009.

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[9]美國金屬學會，主編.金屬手冊 加工工藝與技術(shù)資料 [M].機械工業(yè)出版社，1992，3.

[10]康納德 皮克納，I.M 伯恩斯坦，主編.不銹鋼手冊[M]. 機械工業(yè)出版社，1987，3.

作者簡介：趙國華（1966-），男，河南許昌人，工程師，主要從事熱處理、表面處理等技術(shù)工作。