浅析7Mn15Cr2Al3V2WMo无磁钢加工

2016-09-27姜焕成李建洲孙宏明

国防制造技术 2016年2期

关键词：磁钢钻头刀具

姜焕成　李建洲　孙宏明

（黑龙江北方华安工业集团有限公司，黑龙江齐齐哈尔，161046）

浅析7Mn15Cr2Al3V2WMo无磁钢加工

姜焕成李建洲孙宏明

（黑龙江北方华安工业集团有限公司，黑龙江齐齐哈尔，161046）

针对7Mn15Cr2Al3V2WMo高锰无磁钢零件在加工过程中出现的表面精度差、刀具寿命短、生产效率低等实际问题，本文从材料合金成分、切削加工性等方面着手，对产品加工特性进行了探讨。通过工艺优化解决了生产瓶颈，使零件加工精度满足产品设计要求，保证了生产效率。

7Mn15Cr2Al3V2WMo ；无磁钢；工艺优化；切削加工性

随着国家工作重点的转移，国防建设进入一个新的历史时期。许多特殊材料被逐步应用到航天、航海、智能仪表及军事等领域。本公司承担的某国家级重点军品科研项目中，某零件（见图1）应承研单位总师办要求，采用了7Mn15Cr2Al3V2WMo无磁钢加工。生产初期，由于对该材料的金属切削特性缺乏足够的了解，产品加工精度及刀具寿命受到严重影响。为保证该型号产品按时间节点顺利交付，本公司成立了课题攻关小组，对该材料加工特性展开了研究。

1　加工特性分析

1.1合金成分

7Mn15Cr2Al3V2WMo无磁钢是一种高猛无磁钢，化学成分见表1［1］。该材质合金成分复杂，合金元素间形成复杂的金属间化合物，并与碳、硅、铬等形成硬度极高的碳化物、硅化物和铬化物等硬质相（见图2），合金元素进入固溶体，使金属基体强化，加之硬质相补充强化，故使材料的强度、硬度显著提高，导致切削加工困难。采用高温回火，可以改变碳化物的形态和分布，从而改善材料的可加工性。

据文献报道［2］，在高锰无磁钢的应变试样中，分别发现了ε马氏体、滑移、孪晶、和位错等多种组织形态，并通过研究发现由于高锰钢的位错能较低，在应力作用下很容易产生位错，大量位错“堆积”导致其加工硬化现象严重。

1.2刀具耐用度

1.2.1车刀

选取实际加工中已磨损的车刀在高倍放大镜下进行观察（见图3），可明显看到切屑在刀具前刀面上所形成的月牙洼。这是由于在退火状态下加工时，所选刀具耐热、耐磨性较差，切削速度较低时，切屑底面和刀具的前刀面在切削过程中形成化学活性很高的新表面，在接触区高温、高压作用下，产生积屑流。积屑流有相对稳定性，当切削过程中振动或负荷不均匀时，积屑流脱落产生刀具磨损［3］。超出刀刃的积屑流，将替代刀刃进行切削，会在已加工表面留下痕迹，影响加工精度。

图1　零件简图

图2　金相组织×500

表1　7Mn15Cr2Al3V2WMo化学成分

图3　车刀磨损情况

图4　钻头磨损情况

1.2.2钻头

选取实际加工中已磨损的钻头进行观察（见图4）。工件在钻削过程中受到剧烈的冲击压力，其奥氏体组织容易转变为细晶粒的马氏体，硬度由原来的200HB提高到550HB左右［4］。高温下表面易形成高硬氧化层（Mn2O3），且导热率很低（约为45钢的25%），散发热量少。钻头易退火，产生切削刃口压溃，影响刀具寿命。

2　工艺优化

针对上述分析，对7Mn15Cr2Al3V2WMo高锰无磁钢加工工艺进行优化。工艺流程如下：

锻造→高温软化退火→粗车外圆、钻孔→半精车→固溶-时效→精车外圆、内孔、车螺纹→钻排气孔→交验。

表2　车削参数

表3　和钻削参数

表4　高温软化退火

表5　和固溶-时效

2.1车削工艺

7Mn15Cr2Al3V2WMo高锰无磁钢属于高硬度、难切削钢材，高速切削过程中易产生崩碎切屑，切削力集中在刃旁的很小面积上，局部压力很大，有一定的冲击性，所以刀具应选抗弯强度和韧性较好的C-CO合金。由于该钢材切削过程中易产生冷作硬化，所以选择刀具刃弧半径小、前角大、后角小的刀片，以降低切削力，避免材料塑变严重。优化后的切削参数见表2。

2.2钻削工艺

钻削加工中，钻头直径的选择主要依据加工件孔径尺寸确定，根据产品实际需要通常为某一定值，而不参与优化。因此钻削工艺优化主要从影响刀具耐用度因素考虑，即钻头材料、角度、进给量及冷却方式等，优化后的刀具参数见表3。

2.3热处理工艺

热处理工序分为两部分，即高温软化退火和固溶-时效处理。高温软化退火目的是通过改变碳化物的形态和分布，消除组织应力，从而改善机械加工性。固溶-时效处理目的是使溶于金属基体晶格间的碳化物弥散析出沉积在基体上，从而强化基体，提高力学性能。优化后的工艺见表4、表5。