高速钢属莱氏体钢.docx

高速钢属莱氏体钢，含有大量合金元素，冶炼后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(约占成分总量的18%22%)，这对高速钢刀具的淬火质量及使用寿命有很大影响。高速钢淬火温度接近熔点，淬火后组织中仍有25%35%的残余奥氏体，致使高速钢刀具容易产生裂纹和腐蚀。下面分析影响高速钢刀具淬火裂纹和腐蚀的原因，并提出相应预防措施。1高速钢原材料的冶金缺陷高速钢中所含大量碳化物硬而脆，为脆性相。一次共晶碳化物呈粗大骨骼状(或树枝状)分布于钢基体内。钢锭经开坯压延和轧制后，合金碳化物虽有一定程度的破碎和细化，但碳化物偏析依然存在，并沿轧制方向呈带状、全网状、半网状或堆积状分布。碳化物不均匀度随原材料直径或厚度的增加而增加。共晶碳化物相当稳定，常规热处理很难消除，可导致应力集中而成为淬火裂纹源。钢中硫、磷等杂质偏析或超标也是导致淬裂的重要原因。高速钢的导热性和热塑性差、变形抗力大，热加工时易导致金属表层和内层形成微裂纹，最终在淬火时因裂纹扩展而导致材料报废。大型钢锭在冶炼、轧制或锻造等热加工过程中形成的宏观冶金缺陷如疏松、缩孔、气泡、偏析、白点、树枝状结晶、粗晶、夹杂、内裂、发纹、大颗粒碳化物及非金属夹渣等均易导致淬火时应力集中，当应力大于材料强度极限时便会产生淬火裂纹。预防措施为：选用小钢锭开坯轧制各种规格的刀具原材料；选用二次精炼电渣重熔钢锭，它具有纯度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、组织均匀、无宏观冶金缺陷等优点；对不合格原材料进行改锻，击碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均匀度3级；采取高温分级淬火、再高温回火的预处理工艺，通过精确控温等措施，可有效避免高速钢原材料冶金缺陷引起的淬火裂纹。2高速钢过热、过烧组织高速钢过热、过烧组织的特点为晶粒显着粗化，合金碳化物出现粘连、角状、拖尾状及沿晶界呈全网状、半网状或连续网状分布；钢组织内部局部熔化出现黑色组织或共晶莱氏体，形成过烧组织，显着降低晶间结合力和钢的强韧性。引起高速钢过热、过烧组织的主要原因有：淬火加热温度过高，测温和控温仪表失准；盐浴炉淬火加热时，因盐浴表面烟雾导致辐射高温计测温出现误差；变压配电盘磁力开关失灵；刀具加热时离电极太近或埋入炉底沉积物中；原材料存在大量角状碳化物或碳化物不均匀度等级太高等。高速钢过热、过烧组织极易导致淬火裂纹。预防措施为：严格控制原材料质量，共晶碳化物级别应33.5级；原材料入库和投产前应作金相检查，确保无宏观冶金缺陷；刀具淬火加热前用试片校验高温盐浴炉，检查晶粒等级与淬火加热温度的关系是否合理(参见表1)；采用微机控温与测温，测温精度达到1.5。表1W6Mo5Cr4V2高速钢碳化物级别与过热淬火加热温度共晶碳化物不均匀度等级出现过热(晶粒度8#)的淬火温度(5)3萘状断口萘状断口是高速钢常见的组织缺陷，断口呈鱼鳞状，类似大理石，具有萘的光泽，断口极粗糙，晶粒粗大(可达?1mm)。由于材料脆性大，强韧性低，高温奥氏体化淬火时容易形成淬火裂纹。在热锻、轧制、压延等热加工时，经10501100高温奥氏体化，热塑性变形在5%10%临界变形、精锻温度不当及重复淬火时未经中间退火(或退火不充分)等因素均易形成萘状断口，导致淬火裂纹。预防措施为：合理选择精锻温度，严格控制终锻温度(1000)，锻后缓冷；锻坯淬火前应充分退火；避免在5%10%临界变形；进行超晶粒细化处理等。采取以上措施可有效抑制高速钢萘状断口的形成，避免产生淬火裂纹。4机械设计与冷加工不当引起应力集中刀具厚薄不均、因棱角、锐边、尖角、沟槽、孔、凸台等形状突变而产生缺口效应以及冷加工表面粗糙、刀纹较深、存在碰伤及打标记等均可导致高速钢刀具淬火时应力集中，从而诱发淬火裂纹。如刀具淬火前存在较大冷加工内应力(尤其是磨削内应力)未予消除，在淬火加热和冷却时将形成多种应力叠加，当叠加应力超过材料强度极限时，将产生淬火裂纹和畸变。预防措施为：改进刀具设计，使刀具形状合理、厚薄均匀。厚处可开工艺孔，薄处可增加肋条，变形悬殊处可制成斜坡；将刀具的棱角、直角、尖角倒圆，孔口处倒角；冷加工表面光洁度应达到设计要求，防止产生粗大刀纹，用万能笔书写标记；淬火前通过退火消除冷加工内应力；采用热浴分级淬火、等温淬火等工艺减少组织应力和热应力，避免应力集中。5淬火内应力与淬火冷却介质高速钢的组织应力、热应力和附加应力均为淬火内应力。对高速钢进行高温奥氏体化淬火时，过冷奥氏体转变为淬火马氏体，由于前者比容小，后者比容大，钢从收缩状态逆转为膨胀状态，金属内外层相变引起的比容变化不同时性产生的内应力为组织应力。大型刀具的表面和中心以及厚薄不同处因加热和冷却速度不一致形成温度差，导致体积膨胀与收缩不同而产生的内应力为热应力。刀具表面和内部组织结构不均匀以及工具内部弹性变形不一致形成的内应力为附加应力。当以上三种应力之和大于材料的破断抗力时，则形成淬火裂纹。当淬火冷却介质冷速过大，超过该钢种的临界淬火冷速时，则易形成较大的淬火内应力，导致刀具淬裂。当淬火冷却介质冷速过小，小于该钢种临界淬火冷速时，则得不到所需组织性能。获得淬火马氏体转变的最小冷却速度为临界淬火冷却速度。高速钢淬透性极佳，中小型刀具空冷即可淬硬。但用硝盐进行等温淬火时，如硝盐含水过量，可能造成淬火冷却速度过大，或当刀具淬火未冷至室温即转入水中清洗，可使大量过冷残余奥氏体在水中高冷速下转变为淬火马氏体，从而产生大的淬火内应力，导致刀具淬裂。预防措施为：选用在钢的C曲线拐点处(鼻部)快冷、在鼻部Ms点以下缓冷的淬火介质(如氯化钙饱和水溶液、C?-1有机淬火剂、聚乙烯醇水溶液、高锰酸钾淬火液等)作为理想淬火冷却介质；采用热浴(硝盐浴、碱浴等)分级淬火、等温淬火以及淬火前预处理等措施，细化组织，消除冷、热加工应力，可有效预防和避免淬裂和刀具淬火畸变。6氢脆高速钢刀具酸洗、电镀时侵入钢中的初生态氢(H)原子转变为氢分子(H2)时将发生膨胀，产生巨大压力，导致在钢的晶界上发生龟裂，称为氢脆。酸洗是金属氧化物与酸的化学反应，它使金属氧化物变为可溶性盐而脱离金属表层。淬火高速钢有强烈的酸洗氢脆龟裂倾向。预防措施为：酸洗时，如产生过量初生态氢原子(H)，则需严格控制酸液浓度、温度和酸洗时间；刀具酸洗和电镀后及时用净水冲洗和中和残酸，并在4小时内进行19020024h的低温时效，使氢气释放，可有效消除氢脆龟裂。7冷处理裂纹高速钢刀具经高温奥氏体化，保温后在大于或等于该钢种的临界冷却速度下淬火得到淬火马氏体组织，但尚有部分过冷奥氏体未转变，成为残余奥氏体(AR)(约占25%35%)。若再进行-60-160的液氮冷处理，则可使残余奥氏体转变为马氏体(M)。由于残余奥氏体比容小，马氏体比容大，钢件发生膨胀，将产生较大的二次淬火相变组织应力，并与一次淬火应力叠加，当叠加应力大于该钢种的破断抗力，则会产生冷处理二次淬裂。预防措施为：冷处理前将淬火刀具用100沸水煮3040分钟，或低温回火1小时。试验表明，此方法可消除20%30%的淬火内应力。由于残余奥氏体稍趋稳定，经冷处理后仍可保留2%5%。残余奥氏体既脆又韧，可吸收马氏体的急剧膨胀能量，松驰及缓和相变应力；冷处理后将刀具放入室温水(或热水)中升温，可消除50%60%的冷处理二次淬火应力；采用多次高温回火等措施，促使残余奥氏体转变为马氏体，可有效预防冷处理裂纹。8磨削裂纹高速钢磨削裂纹常发生在磨削加工过程中，裂纹细而浅(深度不到1mm)，呈辐射网状分布于表面，大多与磨削方向垂直，类似淬火网状裂纹，但形成原因不同。当磨削速度较高、进给量较大、冷却不良时，可使钢件表层金属温度急剧升高至淬火加热温度，随后冷却即形成金属表层二次淬火，产生二次淬火应力；当材料存在严重的碳化物偏析未予消除，或淬火刀具中存在较多残余奥氏体未被转变，在磨削加工时则易发生应力诱发相变，促使残余奥氏体转变为马氏体，使组织应力增大，并与磨削加工二次淬火应力相叠加，形成二次淬火表层磨削裂纹。预防措施为：降低磨削速度和进给量，选用缓和磨削冷却液；严格原材料入库和投产前检查，控制材料共晶碳化物级别(3级)，超过3级者应进行改锻；避免过高奥氏体化淬火加热温度，采用计算机控温，采用热浴分级淬火、等温淬火、多次高温回火等措施降低组织应力、热应力和残余奥氏体数量等，可有效避免磨削裂纹。9电火花线切割加工显微裂纹火花放电加工时，被熔化的金属有一部分残留在放电点的电蚀坑周围。由于电火花加工在油或水中进行，因此脉冲放电结束后熔化金属迅速冷却凝固，因收缩而产生较大拉应力，使原应力场重新分布，形成厚度0.020.10mm的熔化变质层。该变质层为树枝状结晶铸态组织，冷却后形成二次高温淬火硬化层，生成大量极稳定的残余奥氏体。变质层收缩产生的拉应力与变质层二次高温淬火应力相叠加，在变质层上形成显微裂纹，且随着电火花加工电气参数的加大而加深扩大。预防措施为：在电火花线切割加工前应充分消除刀具内应力；严格控制线切割电气参数；留足磨削及抛光的加工余量，通过后续加工去除变质层；通过15020024h油浴消除应力回火，防止电火花加工时产生显微裂纹。10回火不当引起二次淬火裂纹高速钢刀具具有高温回火二次硬化特性。第一次马氏体淬火后保留了较多残余奥氏体，高温回火时，在回火冷却过程中残余奥氏体相变为马氏体，若在水中或油中快速冷却，形成二次淬火马氏体时将产生较大淬火内应力；如回火时采用火焰或高频快速加热，表层金属将发生收缩，而内部依然为马氏体组织，因比容大而处于膨胀状态，从而使表层产生较大拉应力，与一次、二次淬火应力叠加，导致因回火不当引起二次硬化淬火裂纹。刀具表面脱碳会加速裂纹的形成。预防措施为：在保护气氛炉、真空电炉和经充分脱氧的盐浴炉中加热刀具，可防止氧化脱碳；淬火刀具冷却至该钢种Ms点附近时取出转入缓和冷却介质中，宜在硝盐热浴、碱热浴中分级淬火、等温淬火和在理想冷却介质中淬火；低温(100)入炉回火，缓慢升温至300后可随炉升温至所需回火温度，高温回火保温后出炉空冷至室温，在回火缓冷过程中实现残余奥氏体(AR)马氏体(M)相变，避免水冷、油冷，防止产生较大二次淬火应力。总之，淬火后及时回火，防止淬火应力萌生与扩大；充分回火，获得稳定组织；多次高温回火，促使残余奥氏体(AR)马氏体(M)充分转变，并消除二次淬火应力；较长时间和合回火，提高抗断裂韧性和综合力学性能等措施均能有效防止回火不当引起的二次淬火裂纹。11刀具腐蚀目前，我国高速钢刀具热处理工艺的淬火加热一般在盐浴炉中进行，回火加热一般在硝盐浴炉中进行。此外必须进行酸洗。刀具淬火局部加热时，靠近盐浴面以上部位与高温盐浴挥发氯气等有害气体接触，不仅易发生氧化脱碳，而且还会导致液面与空气交界处形成一定宽度的带状麻点腐蚀。预防措施为：采用高温加热包盐法，即刀具整体入盐后，再将局部不淬火加热部位露出液面，使之包上一层粘附盐壳，与空气中的有害气体隔绝，避免腐蚀。大型整体刀片在高温盐浴炉中淬火加热时，因温度高、保温时间长，易与盐浴中氧化铁(FeO)等有害物质起化学反应而发生腐蚀。预防措施为：严格执行盐浴加热介质热处理技术条件：纯度98%，硫酸盐(BaSO4、Na2SO4、K2SO4)等杂质含量0.3%，碳酸盐(BaCO3、Na2CO3、K2CO3)等杂质含量0.1%，水不溶解物0.1%；每一工作班必须对盐浴进行脱氧捞渣，每周掏炉一次，彻底清除炉膛内炉渣杂质。刀具酸洗时，因酸洗过度或未冲净残酸，使硝酸与硝盐发生化学反应，将引起电化学腐蚀。预防措施为：刀具酸洗后，两次用流动净水冲洗，再彻底中和，并及时喷砂强化，在空气中停放不超过8小时，并采取油封方式，可有效防止酸洗腐蚀。介绍了高速切削加工技术所使用的高速钢刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、超硬刀具的性能特点及应用.探讨了选择刀具所考虑的因素。德国切削物理学家Salomon博士1929年进行的超高速切削模拟试验，并予1931年4月发表了著名的超高速切削理论。提出了高速切削的设想。Salomon指出：在常规的切削范国内，切削温度随着切削速度的增大而提高。但是，当切削速度增大到某一数值后。切削速度再增大，切削温度反而下降，并指出此值与工件材料的种类有关，对于每一种工件材料，存在一个速度范围。由于切削温度太高，高于刀具材料所允许的最高温度，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，这个范围被称之为“死谷”。因此高速切削刀具材料最主要的要求是高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。随着科学技术的发展和生产需要，石油化工工业中常用不锈钢、淬火钢、高强度钢、耐热钢等难加工材料日益增多。对刀具材料提出了特殊的要求。刀具材料除应具备硬度和耐磨性、强度和韧性、耐热性、工艺性能和经济性外.还对高速切削刀具材料提出了如下更高的要求：可靠性；高耐热性和抗热冲击性能；良好的高温力学性熊；刀具材料能适应难加工材料和新型材料加工的需要。近年来我国新刀具材料的研制和应用取得了一定的成果，但是高速切削刀具材料的加工工艺性能仍是影响加工效果的一个主要因素。实践证明，正确选用合适的切削刀具材料，对提高工作效率，改善加工工艺性，更高地是机械制造生产需求具有重要的意义。1高速切削刀具材料的开发1.1高速钢刀具适合高速加工的高速钢主要有：(1)高钒高速钢W12Cr4v4Mo；(2)高钴高速钢W2Mo9C14VCo8；(3)高铝高速钢W6Mo5C14V2Al和WlOM04Cr4V3Al。切削加工钛合金时，选用W2Mo9C14VCo8材料时的刀具切削寿命要比选月W6Mo5C14v2Al、W10Mo4c14V3Al和W12Cr4V4Mo的刀具切削寿命要长，这主要因为元素Co能增加高速钢的高温硬度和耐磨性.同时改善它的导热性。但是由于高速钢刀具的硬度比较低，红硬性比较差，导热系数在16.7525.1W/(mK)之间，仅为钨钴类硬质合金的1/4左右。此外高速钢中的C、W、V等元素会与加工物在高温下发生扩散溶解甚至与加工物发生化学反应。所以，高速钢刀具切削高硬度产品一钛合金的速度比较低，一般在30m/min以下，同时刀具的使用寿命比较短。1.2陶瓷刀具现代陶瓷刀具材料大多数为复合陶瓷。陶瓷刀具材料的品种、牌号很多，按其主要成分大致可分为氧化铝系和氮化硅系，其具有高速切削所需的物理机械性能。陶瓷刀具具有很高的硬度与耐磨性，一般硬质钢刀具的硬度在9093HRA，而陶瓷刀具的常温硬度达9295HRA。由于其硬度高，所以耐磨性有较大提高，刀具耐用度比硬质合金高几倍。同时它拥有很高的化学稳定性，其抗氧化温度为1750，而硬质合金为800，高速钢仅为550。还具有抗弯强度和断裂韧性，陶瓷的抗弯强度一般为9001000MPa，Al2O3基陶瓷抗弯强度为10001200MPa，Si3N4基陶瓷不仅强度高.而且强度的可靠性大。疲劳强度也高，可以获得相当稳定的使用寿命。Si3N4基陶瓷有良好的断裂韧性，高速切削时不易产生裂纹。它与金属的亲和力极小。即使在熔化温度下与钢也不相互反应，具有良好的抗粘结、扩散、氧化磨损能力；有较低的摩擦系数，可得到良好的表面粗糙度。陶瓷刀具在高速切削领域表现出优良的性能，在高速切削加工中占据了举足轻重的地位，其发展空间非常大。随着各种新型陶瓷刀具材料的使用，必将促进高效机床及高速切削技术的发展，而高效机床及高速切削技术的推广与应用，又进一步推动陶瓷刀具的使用。1.3涂层刀具刀具涂层技术自从问世以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志.在刀具中的比例已超过50%。涂层刀具是在韧性较好刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，它将刀具基体与硬质涂层相结合，从而使刀具性能大大提高。涂层刀具是在具有高强度和韧性的基体材料上涂上一层耐高温、耐磨损的材料。涂层材料及基体材料之间要求粘结牢固、不易脱落。涂层刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本。根据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学。气相沉积(CVD)涂层刀具和物理气相沉积(PVD)涂层刀具。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法，沉积温度在1000左右。涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度在500左右；根据涂层刀具基体材料的不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料(金刚石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。在21世纪初，涂层刀具的比例将进一步增加，有望在技术上进一步突破涂层技术，这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外，纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快，涂层将成为改善刀具性能的主要途径。1.4超硬刀具比陶瓷材料更硬的超硬刀具材料包括单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达10000HV.是刀具材料中最硬的材料。同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好。能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材。PCBN是用聚晶立方氮化硼粉末掺入金属或陶瓷结合剂(如铝、氧化铝、碳化钛或氮化钛)，经烧结合成再制成金属切削刀具。PCBN材料包括整体PCBN刀片、硬质合金承托的、全前面PCBN刀片和焊有各种PCBN刀尖的硬质合金刀片。PCBN刀片切削高合金铸铁较陶瓷刀具可提高生产效率5倍以上。我国超硬刀具材料的研究与应用开始于70年代，并于1970年在贵阳建造了我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂第六砂轮厂，至2006年我国人造金刚石年产量就已达到15亿克拉左右，跃居世界上超硬材料生产大国之首。2高速切削刀具材料的选择2.1合理确定切削用量刀具材料确定后.切削用量选择得是否合理直接影响加工效果，切削用量中的切削速度对刀具耐用度影响最大，进给量影响次之，切削深度影响最小。因此在合理选择切削用量以提高生产率时，在加工性质已定的情况下，应当尽量选择大的切削深度，然后根据加工条件和要求选取允许最大的进给量，最后在刀具耐用度和机床功率限制的条件下，选择的最大的切削速度，而不应当不加分析地先确定切削速度，因此在实际工作中.应当按不同切削深度和进给量的组合去选择切削速度.进而确定主轴转数。2.2匹配加工对象的化学性能刀具切削加工时的损坏与所加工的工件材料和切削条件密切相关，在不同的切削条件下加工不同的工件材料时，占主导地位的磨损机制有所不同。材料与加工对象的化学性能匹配问题主要是指刀具材料与工件材料化学亲和性、化学反应、扩散和溶解等化学性能参数要相匹配。具有不同组分的刀具所适合加工的工件材料有所不同，各种刀具材料抗粘结温度高低为：超硬陶瓷涂层钢。各种刀具材料抗氧化温度高低为：陶瓷PCBN硬质合金金刚石。2.3注重刀具寿命刀具寿命与刀具选择有密切关系。在选择刀具时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度，制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能.提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取1530min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具。刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。比如车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时。刀具寿命也应选得低些。总之，高速切削技术已成为切削加工的主流，加快其推广应用，将会创造巨大经济教益。近几年的研究和开发成果中有关高速切削刀具用新材料有13项，关于新材料的应用研究成果有9项。它们相互配合，彼此竞争，推动高速切削技术的发展和应用。国内在这方面也有一定基础，取得很大进步，特别是我国的陶瓷刀具占有突出优势。这也是我国最有前景的研究领域。此外，对现有的研究成果还要加强推广。 一、引言TiN涂层高速钢刀具多为复杂刀具，在TiN涂层刀具磨损性能试验中，为便于观察，特按复杂刀具的角度设计制作了试验用刀片，将其安装在机夹式刀体上，在无级调速车床上进行耐磨性试验。刀片基体材料为W9Mo3Cr4V，常温硬度6465HRC。刀片在美国多弧公司MAV32型离子镀膜机上涂层，膜层厚度为2.43.1m，显微硬度约为2000HV。在一定的切削条件下，用涂层刀具和未涂层刀具分别切削相同的工件，同时测量切削力和切削温度的数值，利用双管立体显微镜、光切法显微镜和扫描电镜等观察刀具各个部位的磨损形貌和磨损尺寸，然后对试验结果进行综合处理和分析。在实验室试验的基础上又进行了大量生产性观测，以验证试验分析的结论。二、涂层刀具的磨损形态及磨损规律涂层刀具和未涂层刀具一样，正常磨损发生在三个面上，即前刀面月牙洼磨损、后刀面磨损及副后刀面磨损，其中以前、后刀面磨损为主。(a)前刀面月牙洼磨损(b)后刀面磨损带图1涂层刀具的磨损形貌当切削速度较高或切削厚度较大时，月牙洼磨损一般较严重；当切削速度较低或切削厚度较小时，以后刀面磨损为主。图1所示为典型的涂层刀具前、后刀面磨损形貌。从大量的照像观察中可看出涂层刀具磨损的一些特点。涂层刀具月牙洼的中心靠近切削刃，月牙洼边界参差不齐，当月牙洼宽度相等时，涂层刀具月牙洼的深度远大于未涂层刀具。涂层刀具后刀面磨损的主要特点是磨损带表面和切削平面不位于同一平面。涂层刀具在切削过程中产生了负后角磨损带或后刀面月牙洼磨损，观测结果表明，磨损带远离切削刃处的负后角约为14。前刀面磨损的扩展及涂层的作用利用获得的一系列前刀面的磨损图片，绘制出图2所示月牙洼扩展曲线。从图2可看出，涂层刀具和未涂层刀具前刀面磨损的产生和扩展情况明显不同。在较高的切削速度下，未涂层刀具在很短时间内即形成很宽的月牙洼；而涂层刀具开始时并不产生明显的月牙洼，只是随着涂层的逐渐磨损，月牙洼才缓慢扩展。涂层刀具的月牙洼边界呈锯齿状扩展。在远离切削刃的一边，涂层刀具月牙洼的底面相对于前刀面较为陡直。对于相同的月牙洼宽度(KB)，涂层刀具的月牙洼深度(KT)总是明显大于未涂层刀具。(a)未涂层刀具(b)涂层刀具切削用量：V75m/min，f0.11mm/r，ap1.25mm工件材质：45钢，179HBS；乳化液冷却图2月牙洼的扩展图3月牙洼深度(KT)随时间变化的曲线图3是月牙洼深度(KT)随时间变化的曲线。根据图2图3并结合大量观测可进一步分析涂层的存在对前刀面磨损的影响。由于涂层的存在，前刀面的月牙洼磨损可明显分为四个阶段：第一阶段月牙洼还未形成，在此阶段涂层起着硬隔膜作用，但此阶段时间较短。第二阶段由于前刀面基体材料的软化和涂层的磨损，涂层在某一区域内被磨蚀掉或成块地被切屑带走，在前刀面上很快形成月牙洼。第三阶段为月牙洼的缓慢扩展期，这时涂层起着边界阻碍作用。在此阶段涂层的失效不仅仅是因为机械磨损，而是机械磨损与掀裂的共同作用，月牙洼的边界扩展经历了几个连续的过程：首先涂层在某一部位被掀裂后月牙洼自由扩展，当扩展到涂层边界后，进入边界磨损扩展和疲劳掀裂的准备阶段。由于基体和涂层的磨损速度不同，使边界处变得陡直，切屑流向和涂层面的夹角增大，由于涂层的柱状晶粒垂直于涂层表面，涂层很容易被掀裂。涂层某一部位被掀裂后，磨损又进入了自由扩展期。在第三阶段涂层起着边界阻碍作用，由于连续经过了几个过程，使月牙洼边界呈锯齿状。第四阶段为月牙洼磨损的末期，在此阶段，切屑的流动方向与涂层面的夹角很大(测量表明可达2530)，涂层由于很容易被掀裂而丧失了阻碍作用。从以上分析可看出，前刀面涂层可减缓月牙洼磨损主要是通过边界阻碍作用，而硬隔膜作用是次要的。月牙洼边界扩展的减缓使月牙洼深度扩展减缓。当边界扩展到一定程度后，涂层就丧失了阻碍作用。后刀面磨损扩展及涂层的作用刀具后刀面的磨损对刀具耐用度和工件加工表面质量有着重要影响。由于涂层的存在，涂层刀具后刀面的磨损与未涂层刀具有明显差异。图4是在光切显微镜上观测到的后刀面截面变化，图5是后刀面磨损量(VB)的曲线。从两图中可看出，涂层刀具的耐磨损性能明显优于未涂层刀具。未涂层刀具的后刀面磨损带是一实际后角为0的小平面；涂层刀具后刀面磨损带的截面形状随着切削时间的变化而变化，磨损带形状由带负后角的