新型Al-,2-O-,3-基陶瓷刀具材料摩擦磨損特性的研究.pdf

1、新型陶瓷材料以其高硬度、高耐磨、抗腐蝕和低密度，以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和高溫下優(yōu)良的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，正在逐漸被人們認(rèn)識，尤其作為耐磨損材料，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文以山東大學(xué)研制的多種添加不同成分的Al2O3基陶瓷刀具材料(即：純Al2O3、Al2O3/TiC、Al2O3/(W,Ti)C、Al2O3/Ti(C,N)和Al2O3/SiCw)為研究對象，對這些Al2O3基陶瓷刀具材料在不同條件下的摩擦磨損特性進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，分析

2、計(jì)算了摩擦?xí)r的應(yīng)力及其分布，探討了添加不同成分的Al2O3基陶瓷刀具材料的摩擦磨損機(jī)理。 在室溫干摩擦情況下對不同添加劑的Al2O3基陶瓷材料進(jìn)行高速環(huán)一塊摩擦磨損試驗(yàn)，得出了不同Al2O3基陶瓷材料的摩擦系數(shù)和磨損率隨載荷和速度變化的規(guī)律。結(jié)果表明：在穩(wěn)定磨損階段，摩擦系數(shù)和磨損率隨著速度的增加而減小；摩擦系數(shù)隨著載荷的增加而減小，而磨損率隨著載荷的增加而增大。在相同的條件下，純Al2O3陶瓷的摩擦系數(shù)和磨損率較大，而含有增韌

3、補(bǔ)強(qiáng)劑的Al2O3基陶瓷材料的摩擦系數(shù)和磨損率較低。五種陶瓷材料與硬質(zhì)合金摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)小于與45[＃]鋼摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)，但是除了純Al2O3陶瓷，其它Al2O3基陶瓷材料與硬質(zhì)合金摩擦?xí)r其磨損率都大于與45[＃]摩擦?xí)r的磨損率。 利用ANSYS有限元分析軟件建立了Al2O3基陶瓷材料高速環(huán)-塊摩擦磨損的有限元分析模型，對陶瓷材料在摩擦磨損過程中的應(yīng)力及其分布進(jìn)行了分析計(jì)算。結(jié)果表明：添加不同成分的Al2O3基陶瓷材料在摩擦

4、磨損過程中的最大主應(yīng)力及最大剪應(yīng)力存在顯著差異，最大主應(yīng)力位于摩擦副接觸區(qū)中心，最大剪應(yīng)力位于摩擦副接觸區(qū)邊緣，其大小隨載荷的增大而增大，而轉(zhuǎn)速對其影響較小。 硬度、彈性模量和斷裂韌性對添加不同成分的Al2O3基陶瓷材料的耐磨性能產(chǎn)生顯著影響，Al2O3基陶瓷材料的磨損率與硬度和彈性模量的比值、斷裂韌性呈對數(shù)線性關(guān)系，磨損率隨著彈性模量和硬度的比值的增加而增大，隨著斷裂韌性的增大而減小。純Al2O3陶瓷材料的磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為脆