高速钢刀具的失效形式与原材料、热处理、产品加工等的关系

高速钢刀具在使用过程中的失效分为正常失效和非正常失效，后者一般是指刀具在材料或组织缺陷、产品设计或产品加工不当、热处理等缺陷，造成加工或使用过程中提前失效。一般非正常失效有三种形式：刀具断裂（脆断、开裂、折断等）；崩刃（掉牙、崩齿、打刀等）；不耐用（不顶刃、非正常磨损等），这些失效形式与原材料、热处理和产品加工的关系如下。

（1）刀具使用过程中产生失效的原因见表1。

表1    高速钢刀具使用过程中失效的形式与原因
失效的形式或类别 失效前的状态 原因 常见刀具
刀具断裂（脆断、开裂、折断等） 锻造、热处理、机械加工、使用过程 ①中心疏松级别高，碳化物偏析严重，成分偏析大；
②萘状断口，夹杂物及杂质含量高，有害元素及气体含量高；
③锻轧缺陷，过热退火，内裂、表裂等 齿轮滚刀，拉刀，铣刀，钻头以及大截面刀具等

崩刃（掉牙、崩齿、打刀等） 刀具加工和使用 ①夹杂物及杂质含量高，有害元素及气体含量高，成分偏析大；
②组织中有未破碎莱氏体、大颗粒碳化物；
③热处理硬度高，锻轧缺陷，过热退火，内裂、表裂等 齿轮滚刀，插齿刀，滚丝轮，拉刀，机用丝锥，立铣刀等
不耐用（不顶刃、非正常磨损等） 刀具使用 ①成分偏析大，碳化物偏析严重，大颗粒碳化物；
②锻轧缺陷，萘状断口；
③热处理硬度低，红硬性、耐磨性差，刃部脱碳 滚刀，拉刀，插齿刀，铣刀，镶齿刀具等

（2）刀具非正常失效与设计、加工和使用的关系见表2。

表2   刀具非正常失效与设计、加工和使用的关系
失效形式 缺陷类型 加工不当造成失效的原因
断裂、开裂、不耐用 设计不合理 ①截面集聚变化，锐角过渡，缺口效应，厚薄不均；
②结构不对称，切削角度不合适，结构不合理；
③选材不当，焊缝位置不合适等
断裂、开裂、变形 加工不当 ①键槽无圆角，台阶连接无圆滑过渡，刀纹粗糙；
②铣加工挤压微裂纹，打印标记等；
③超负荷加工，车削量大和磨削烧伤等
断裂、崩刃、不耐用 使用不当 ①刀具及参数选择不当，超负荷和冲击作用下工作；
②修整不正确，未按工艺加工，机床精度差异等

（3）热处理工艺以及后续加工与刀具失效的关系见表3。

表3    常见热处理工艺与后续加工造成的刀具缺陷
失效形式 缺陷的类别 热处理工艺与后续加工导致失效的原因
断裂、崩齿、不耐用 热处理工艺不当 ①退火不良，过度酸洗；
②淬火温度低，加热速度快，重复淬火；
③加热不均，脱碳，回火不充分；
④过烧，过热、串电，加热不均
开裂、不顶刃 热处理后续加工不当 ①校直不当，锈蚀，表面处理缺陷；
②磨削裂纹，磨削烧伤，磨削退火等

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