固溶处理在12Cr18Ni9Ti不锈钢零件切削加工中的应用

摘 要：12Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢属于较难加工材料。材料的切削加工性主要取决于材料的硬度、延展性、加工硬化、磨蚀性及导热性等5个物理机械性能指标，通过实施固溶处理，降低了12Cr18Ni9Ti热轧态板材组织中的碳化物颗粒数量，减弱了材料的加工硬化程度和磨蚀性。实施980℃×1h固溶处理后，在密封板零件的加工中，刀具寿命提高2倍，切削变形量降低91.25%。

关键词：奥氏体不锈钢；切削加工性；加工硬化；磨蚀性；固溶处理；碳化物

12Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢具有不锈、无磁性及塑性优良等优点， 在工程中获得广泛应用[1]。其特点是室温下为单一奥氏体组织，强度低，加热及冷却时无相变，不能通过相变进行强化，形变强化是其唯一的强化手段[2]。12Cr18Ni9Ti材料的切削加工性差，属于较难切削材料[3]。大家对如何通过改善切削参数、优化切削刀具及切削方法等来提高12Cr18Ni9Ti材料切削效率的研究比较多，但对如何改善其切削加工性的报道不多。本文对利用固溶处理方法改善12Cr18Ni9Ti热轧板材的切削加工性进行了探讨。

1.切削加工性的影响因素

材料切削加工的难易程度常称为切削加工性。良好的切削加工性是指刀具耐用度（寿命）较高[4]。材料的硬度、延展性、加工硬化、导热性及磨蚀性等5个物理机械性能指标对材料的切削加工性起决定作用[5]，其关系是随着硬度、延展性、加工硬化、导热性及磨蚀性的提高，材料切削加工性均呈下降趋势 [6] 。而材料的化學成分、金相组织则是决定其物理、力学性能的根据。

12Cr18Ni9Ti材料的导热性差，硬度不高，延展性好（伸长率δ>40%，断面收缩率Ψ>60%）。在冷加工时，由于碳化物第二相粒子强化和应变诱发相变强化等综合作用产生加工硬化[7 8]，其强度可以由σb≈539MPa提高到σb≈1568MPa。

12Cr18Ni9Ti材料磨蚀性高。材料的磨蚀性是指材料中的碳化物等硬质点在切削过程中对刀具的磨损能力[5]。在12Cr18Ni9Ti材料中，碳化物主要以（Fe，Cr）23C6和TiC硬质点（TiC硬度3200HV）的形式存在。这些硬质点在切削过程中在刀具表面上划出一条条的沟纹从而造成刀具的机械磨损，产生硬质点磨损即磨粒磨损。这是切削刀具磨损的一种常见形式。刀具寿命是碳化物尺寸和单位面积上碳化物数量的函数。对于一种给定的化学成分，当碳化物尺寸增加和数量减少时刀具的寿命明显延长[9]。

2.改善12Cr18Ni9Ti材料切削加工性的途径

鉴于12Cr18Ni9Ti材料成分及奥氏体组织的特性，提高其切削加工性的努力可以从改善其金相组织中碳化物的数量着手：①减少碳化物数量降低第二相碳化物粒子的强化作用，改善材料的加工硬化；②减少碳化物硬质点，降低材料磨蚀性。固溶处理方法正好可以达到这样的目的。

3.固溶处理的作用

在热轧态12Cr18Ni9Ti材料中，分布有较多的碳化物（FeCr）23C6和TiC ，我们选用980℃进行固溶处理。固溶处理前后的金相组织见图1、图2。经过固溶处理后，（FeCr）23C6被全部溶解[10]，碳化物硬质点数量明显减少。

在单批次100件密封板零件（热轧板材下料尺寸20×55×255）的加工中实施980℃（空冷）固溶处理，在立式加工中心GX1000应用Φ50四刃面铣刀、 XNEX080608TR-ME09刀片进行生产验证，相关硬度、刀具消耗及变形情况见表2。

4.总结

（1）固溶处理降低了12Cr18Ni9Ti材料中的碳化物粒子的数量，降低了材料的加工硬化倾向及磨蚀性，可以提高12Cr18Ni9Ti材料的切削加工性。

（2）在本实验条件下，通过实施980℃×1h（空冷）固溶处理，加工密封板零件刀具的切削寿命提高了2倍，切削变形量降低了91.25%。

参考文献：

[1]朱张校，工程材料[M]，北京：清华大学出版社，2001.

[2]束德林，金属力学性能[M]，机械工业出版社，1999.

[3]韩荣第.难加工材料的性能特点决定高效加工的有效途径[J]，航空制造技术，2010，359（11）：41-45.

[4]潘健生，胡明娟，主编.热处理工艺学[M].高等教育出版社，2009.

[5]徐林红.难加工材料可加工性分析方法的研究[D].武汉理工大学工学博士学位论文，2010，5.

[6]Modem Metal Cutting. Sandvik Coromant.1994.

[7]胡赓祥，钱苗根.金属学[M]，上海科学技术出版社，1980.

[8]杨德庄.位错与金属的强化机制[M].哈尔滨工业大学出版社，199l.

[9]美国金属学会，主编.金属手册 加工工艺与技术资料 [M].机械工业出版社，1992，3.

[10]康纳德 皮克纳，I.M 伯恩斯坦，主编.不锈钢手册[M]. 机械工业出版社，1987，3.

作者简介：赵国华（1966-），男，河南许昌人，工程师，主要从事热处理、表面处理等技术工作。