钨合金的磨削加工去除机理分析

钨合金的磨削加工去除机理分析

赵永辉

哈尔滨东安实业发展限公司，黑龙江哈尔滨  150060  

摘要：为研究钨合金磨削生产去除机理，展开单磨粒刻划与磨削生产测试，结果发现，刻划环节划痕的不同部位钨合金去除特点不同。另外，不同相位地方，钨合金去除特点也有区别。磨削之后金属表层有单颗粒刻划痕上产生的所有去除特点，和单颗粒划痕去除特点一样。所以，钨合金两相特点导致磨削表层去除非常繁琐，有塑性变化、微裂痕、微鼓起、裂痕以及两相结合等脆塑性共存特点。

关键词：钨合金；磨削生产；去除机理

    钨合金通过钨相与黏结相构成，存在强度高、密度高、导热效果好以及熔点高等特征。相较于纯钨，钨合金既有纯钨的良好性能，还防止了纯钨的各种不好特性，明显优化生产性能与防腐蚀性，所以被普遍用于军事、航空航天以及工业等方面。现如今，钨合金生产去除具体涉及切削生产、研磨与抛光等部分。

1、磨削生产去除机理介绍

1.1刻划形貌研究

（1）各刻划过程去除形貌研究

    借助扫描电镜得到划痕形貌，顺刻划方向，由切入至切出，划痕宽度由宽变窄，同时切入端、中间与切出端不同。主要是因为砂轮表面金刚石（金刚石磨粒基本参数见表1所示）颗粒移动圆弧线和构件平面结合导致，且划痕深度与宽度既和颗粒形态相关，还和磨粒刻划深度相关。另外，单个金刚石刻划之后划痕是V形，同时划痕中间截面左右陡度存在差别，一般和磨粒形态相关。

表1 金刚石磨粒基本参数

    划痕切入端，单个磨粒由外部到和材料结合，然后到和材料摩擦，进而除掉材料。伴随刻划深度加深与刻划过程展开，钨合金先出现塑性变形，主要是由于磨粒和钨合金结合时满足金属屈服强度，钨合金出现变化，接着划痕上材料形成诸多微裂痕[1]。伴随刻划深度加深与刻划过程展开，划痕沟下产生了钨相和黏结相变化、钨相和黏结相结合等情况，代表金属从该地方开始进到被去除环节。所以，划痕切入端一般在颗粒和构件相互影响的耕梨环节，即将进到材料去除过程。

    总之，单磨粒刻划金属的各环节出现的形貌存在差别。于切入端，金属依次出现了塑性变化、鼓起、微裂痕，然后到钨相和黏结相混合，即将进到金属去除环节。划擦终端，一般以金属去除为主，金属产生了微卷起与卷起情况[2]。在切出端依旧有许多材料卷起情况，且在划痕沟槽周围与尾部都有“飞边”情况。切出端和切入端比较来说，形貌更不好。

     （2）各相位形貌去除研究

    因为钨合金属于双相复合物，所以钨合金表层有钨相、黏结相、钨-黏结相边界和钨-钨边界。黏结相和钨相存在硬度区别，二者清理难易度也不一样。钨合金各相位地方，刻划形貌特点也不同。钨痕于单颗粒刻划环节产生了边缘微裂痕、边缘脆断以及钨相颗粒中的微裂痕、钨相变化、钨相颗粒一些材料剥离、钨相破碎、钨相片屑等各种钨相破损与去除特点，代表钨合金内钨相磨削生产去除机制非常繁琐。

1.2磨削外表形貌研究

磨削生产测试在MGK7120×6/F的先进数控卧轴距台表面磨床上处理，选择金刚石树脂基砂轮，其直径是20cm，厚度是2cm，粒度是200目。测试时选择钨钢磨削液展开湿磨，以逆磨为主[3]。磨削测试技术参量：砂轮运速是3000r/min、构件进速率是6m/s、磨削深度是2μm。磨削之后金属外表形貌特点非常繁琐，涉及钨相碎花、微裂痕、金属卷起等脆性区去除特点，还有钨相塑性变化、间断划痕边缘鼓起、黏结相和钨相混合等塑性区特点，所以磨削生产属于塑脆并存现象，这类特点和单颗粒刻划呈现的去除特点相符。

另外，钨合金磨削生产后，磨削外表产生了局部性裂痕，裂痕形式有两类：①放射状裂痕，可能是因为掉落的磨粒受砂砾作用破坏材料表面造成的；②布局于划痕中的局部性裂痕，为深入研究划痕中局部性裂痕超金属内部扩散现象以及形成裂痕的主因，借助截面显微法采集了裂痕进到金属中的SEM图像以及裂痕范围的EDS组分。

通过图1a能够发现，磨削后材料亚表面产生了裂痕，且裂痕一般出现在钨相范围，代表裂痕从磨削表层分散到材料亚表面。为深入研究局部性裂痕原因，对裂痕范围组织EDS测试，结果见图1b所示，发现氧于碳元素浓度增加[4]。氧元素浓度增多代表磨削生产环节有些材料受高温影响出现了氧化反应，碳元素浓度增多代表出现了磨粒损失。所以，局部性裂痕成因也许是钨合金磨削生产环节由于高温出现的很大热应力和钝化磨粒很大的磨削力耦合影响下，引起了表层裂痕的出现与扩散，也代表磨削生产环节磨削力与磨削热对金属磨削生产表层质量干扰很大。

图1钨合金磨削裂痕

当磨粒切割深度很小时，材料主要是塑性变化与微弱成分流动；当磨粒切割深度很大时，进到钨合金去除环节，且在各相位具有不同去除特点，在钨相存在塑性去除特点和脆性去除特点；针对黏结相来说，当刻划深度很小时，黏结相是塑性变化、塑性流动，当刻划深度很大时，黏结相呈现出和钨相混合；在相界位置会阻挡去除形貌特点的传送，且导致临近钨颗粒出现不同破损或是去除特点等；磨削生产后，材料外表有了和单颗粒刻画后一样的钨合金去除特点，差别之处在于多颗粒刻划一同作用导致材料表层产生了放射状与局部性裂痕，且裂痕朝钨合金内扩散。

2、结论

    第一，单磨粒刻划材料在各刻划环节的形貌不一样。切入端钨合金出现了塑性变化，划痕两边出现鼓起、微裂痕，钨相和黏结相混合，即将进到去除环节。

第二，钨合金各相位去除特点有差别。在钨相存在脆性特点和塑性特点；黏结相，刻划深度很小时为塑性变化、塑性流动特点，刻划深度很大时表现出和钨相混合，同时混合区没有钨合金卷起，表示混合区有助于优化表面性能。相界位置会阻挡去除特点的传送，导致临近钨颗粒产生不同破损或是去除特点。

第三，磨削后金属表层有了单颗粒刻划痕迹上的全部去除特点，和单颗粒划痕去除特点相符。

参考文献：

[1]殷博,薛常喜,李闯.碳化钨合金磨削仿真与工艺优化方法[J/OL].红外与激光工程:1-14[2023-05-15].

[2]陈冰,李顺顺,刘国跃,何鑫.钨合金的磨削加工去除机理[J].表面技术,2023,52(04):304-318.

[3]徐露. 钨合金旋转超声磨削中金刚石工具磨损机理[D].西南交通大学,2021.

[4]曾益. 钨合金微观力学行为与去除机理研究[D].西南交通大学,2020.