固溶處理在12Cr18Ni9Ti不銹鋼零件切削加工中的應(yīng)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(dǎo)熱性等5個(gè)物理機(jī)械性能指標(biāo)，通過實(shí)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(shí)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(diǎn)， 在工程中獲得廣泛應(yīng)用[1]。其特點(diǎn)是室溫下為單一奧氏體組織，強(qiáng)度低，加熱及冷卻時(shí)無相變，不能通過相變進(jìn)行強(qiáng)化，形變強(qiáng)化是其唯一的強(qiáng)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(duì)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(duì)如何改善其切削加工性的報(bào)道不多。本文對(duì)利用固溶處理方法改善12Cr18Ni9Ti熱軋板材的切削加工性進(jìn)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(dǎo)熱性及磨蝕性等5個(gè)物理機(jī)械性能指標(biāo)對(duì)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(dǎo)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(xué)成分、金相組織則是決定其物理、力學(xué)性能的根據(jù)。

12Cr18Ni9Ti材料的導(dǎo)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(shí)，由于碳化物第二相粒子強(qiáng)化和應(yīng)變誘發(fā)相變強(qiáng)化等綜合作用產(chǎn)生加工硬化[7 8]，其強(qiáng)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(diǎn)在切削過程中對(duì)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(diǎn)（TiC硬度3200HV）的形式存在。這些硬質(zhì)點(diǎn)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(jī)械磨損，產(chǎn)生硬質(zhì)點(diǎn)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(duì)于一種給定的化學(xué)成分，當(dāng)碳化物尺寸增加和數(shù)量減少時(shí)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(qiáng)化作用，改善材料的加工硬化；②減少碳化物硬質(zhì)點(diǎn)，降低材料磨蝕性。固溶處理方法正好可以達(dá)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(jìn)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(diǎn)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(shí)施980℃（空冷）固溶處理，在立式加工中心GX1000應(yīng)用Φ50四刃面銑刀、 XNEX080608TR-ME09刀片進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件下，通過實(shí)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%。

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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。