姜煥成　李建洲　孫宏明

（黑龍江北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

淺析7Mn15Cr2Al3V2WMo無磁鋼加工

姜煥成李建洲孫宏明

（黑龍江北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

針對(duì)7Mn15Cr2Al3V2WMo高錳無磁鋼零件在加工過程中出現(xiàn)的表面精度差、刀具壽命短、生產(chǎn)效率低等實(shí)際問題，本文從材料合金成分、切削加工性等方面著手，對(duì)產(chǎn)品加工特性進(jìn)行了探討。通過工藝優(yōu)化解決了生產(chǎn)瓶頸，使零件加工精度滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，保證了生產(chǎn)效率。

7Mn15Cr2Al3V2WMo ；無磁鋼；工藝優(yōu)化；切削加工性

隨著國家工作重點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，國防建設(shè)進(jìn)入一個(gè)新的歷史時(shí)期。許多特殊材料被逐步應(yīng)用到航天、航海、智能儀表及軍事等領(lǐng)域。本公司承擔(dān)的某國家級(jí)重點(diǎn)軍品科研項(xiàng)目中，某零件（見圖1）應(yīng)承研單位總師辦要求，采用了7Mn15Cr2Al3V2WMo無磁鋼加工。生產(chǎn)初期，由于對(duì)該材料的金屬切削特性缺乏足夠的了解，產(chǎn)品加工精度及刀具壽命受到嚴(yán)重影響。為保證該型號(hào)產(chǎn)品按時(shí)間節(jié)點(diǎn)順利交付，本公司成立了課題攻關(guān)小組，對(duì)該材料加工特性展開了研究。

1　加工特性分析

1.1合金成分

7Mn15Cr2Al3V2WMo無磁鋼是一種高猛無磁鋼，化學(xué)成分見表1［1］。該材質(zhì)合金成分復(fù)雜，合金元素間形成復(fù)雜的金屬間化合物，并與碳、硅、鉻等形成硬度極高的碳化物、硅化物和鉻化物等硬質(zhì)相（見圖2），合金元素進(jìn)入固溶體，使金屬基體強(qiáng)化，加之硬質(zhì)相補(bǔ)充強(qiáng)化，故使材料的強(qiáng)度、硬度顯著提高，導(dǎo)致切削加工困難。采用高溫回火，可以改變碳化物的形態(tài)和分布，從而改善材料的可加工性。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道［2］，在高錳無磁鋼的應(yīng)變?cè)嚇又?，分別發(fā)現(xiàn)了ε馬氏體、滑移、孿晶、和位錯(cuò)等多種組織形態(tài)，并通過研究發(fā)現(xiàn)由于高錳鋼的位錯(cuò)能較低，在應(yīng)力作用下很容易產(chǎn)生位錯(cuò)，大量位錯(cuò)“堆積”導(dǎo)致其加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重。

1.2刀具耐用度

1.2.1車刀

選取實(shí)際加工中已磨損的車刀在高倍放大鏡下進(jìn)行觀察（見圖3），可明顯看到切屑在刀具前刀面上所形成的月牙洼。這是由于在退火狀態(tài)下加工時(shí)，所選刀具耐熱、耐磨性較差，切削速度較低時(shí)，切屑底面和刀具的前刀面在切削過程中形成化學(xué)活性很高的新表面，在接觸區(qū)高溫、高壓作用下，產(chǎn)生積屑流。積屑流有相對(duì)穩(wěn)定性，當(dāng)切削過程中振動(dòng)或負(fù)荷不均勻時(shí)，積屑流脫落產(chǎn)生刀具磨損［3］。超出刀刃的積屑流，將替代刀刃進(jìn)行切削，會(huì)在已加工表面留下痕跡，影響加工精度。

圖1　零件簡圖

圖2　金相組織×500

表1　7Mn15Cr2Al3V2WMo化學(xué)成分

圖3　車刀磨損情況

圖4　鉆頭磨損情況

1.2.2鉆頭

選取實(shí)際加工中已磨損的鉆頭進(jìn)行觀察（見圖4）。工件在鉆削過程中受到劇烈的沖擊壓力，其奧氏體組織容易轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)晶粒的馬氏體，硬度由原來的200HB提高到550HB左右［4］。高溫下表面易形成高硬氧化層（Mn2O3），且導(dǎo)熱率很低（約為45鋼的25%），散發(fā)熱量少。鉆頭易退火，產(chǎn)生切削刃口壓潰，影響刀具壽命。

2　工藝優(yōu)化

針對(duì)上述分析，對(duì)7Mn15Cr2Al3V2WMo高錳無磁鋼加工工藝進(jìn)行優(yōu)化。工藝流程如下：

鍛造→高溫軟化退火→粗車外圓、鉆孔→半精車→固溶-時(shí)效→精車外圓、內(nèi)孔、車螺紋→鉆排氣孔→交驗(yàn)。

表2　車削參數(shù)

表3　和鉆削參數(shù)

表4　高溫軟化退火

表5　和固溶-時(shí)效

2.1車削工藝

7Mn15Cr2Al3V2WMo高錳無磁鋼屬于高硬度、難切削鋼材，高速切削過程中易產(chǎn)生崩碎切屑，切削力集中在刃旁的很小面積上，局部壓力很大，有一定的沖擊性，所以刀具應(yīng)選抗彎強(qiáng)度和韌性較好的C-CO合金。由于該鋼材切削過程中易產(chǎn)生冷作硬化，所以選擇刀具刃弧半徑小、前角大、后角小的刀片，以降低切削力，避免材料塑變嚴(yán)重。優(yōu)化后的切削參數(shù)見表2。

2.2鉆削工藝

鉆削加工中，鉆頭直徑的選擇主要依據(jù)加工件孔徑尺寸確定，根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際需要通常為某一定值，而不參與優(yōu)化。因此鉆削工藝優(yōu)化主要從影響刀具耐用度因素考慮，即鉆頭材料、角度、進(jìn)給量及冷卻方式等，優(yōu)化后的刀具參數(shù)見表3。

2.3熱處理工藝

熱處理工序分為兩部分，即高溫軟化退火和固溶-時(shí)效處理。高溫軟化退火目的是通過改變碳化物的形態(tài)和分布，消除組織應(yīng)力，從而改善機(jī)械加工性。固溶-時(shí)效處理目的是使溶于金屬基體晶格間的碳化物彌散析出沉積在基體上，從而強(qiáng)化基體，提高力學(xué)性能。優(yōu)化后的工藝見表4、表5。

3　結(jié)語

采用改進(jìn)后的工藝方式對(duì)7Mn15Cr2Al3V2WMo高錳無磁鋼工件進(jìn)行了小批試制，產(chǎn)品加工精度完全滿足設(shè)計(jì)要求。刀具平均壽命由原2件/發(fā)提高到16件/發(fā)，在保證生產(chǎn)進(jìn)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了降低刀具消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。

（References）

［1］ 徐進(jìn)，陳再枝.模具材料應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004:358-359.

［2］ 張丁非.高錳無磁鋼ZG25Mn18Cr4的加工硬化機(jī)理［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然學(xué)報(bào)），2006（11）:78-79。

［3］周擇華，金屬切削原理［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

［4］許立，席巖.硬質(zhì)合金群鉆鉆削ZGMn13高錳鋼干切削實(shí)驗(yàn)研究［J］.工具技術(shù)，2009（3）.

姜煥成（1979年—），男，漢族，工學(xué)學(xué)士，工程師，專業(yè)方向機(jī)加工藝研究。