Al2O3-TiC微疊層復(fù)合陶瓷刀具的研制及切削性能研究.pdf

1、微疊層復(fù)合陶瓷刀具材料是一種仿生結(jié)構(gòu)材料，它模擬了自然界中貝殼的微觀組織，可有效提高陶瓷材料的斷裂韌度，成為當(dāng)前陶瓷材料的研究熱點(diǎn)。本研究的目的是研制微疊層復(fù)合陶瓷刀具，用于加工鎳基高溫合金，提高其加工效率。
　　 根據(jù)微疊層復(fù)合陶瓷刀具材料基體層與微疊層選用原則，本研究選用Al2O3-TiN-(W, Ti)C為基體層材料，代號(hào)為ANWT，選用Al2O3-TiC為微疊層材料，代號(hào)為Al5T;層數(shù)選定為5、7和9層，微疊層厚度選定

2、為200μm、150μm和100μm。
　　 優(yōu)化了Al2O3-TiC微疊層復(fù)合陶瓷刀具材料的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間。結(jié)果表明，最佳燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間分別是1650℃和30min。當(dāng)燒結(jié)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，微疊層復(fù)合陶瓷刀具材料的晶粒大小不均勻，界面結(jié)合疏松。當(dāng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，材料的力學(xué)性能先升高后降低，保溫時(shí)間延長(zhǎng)到50min時(shí)，基體層和微疊層材料的晶粒迅速長(zhǎng)大，降低了材料的力學(xué)性能。
　　 用ABAQUS有限元軟件分析微疊

3、層復(fù)合陶瓷刀具材料的殘余應(yīng)力。由于微疊層復(fù)合陶瓷材料中基體層與微疊層之間熱膨脹系數(shù)失配，在基體層中產(chǎn)生徑向殘余拉應(yīng)力，在微疊層中產(chǎn)生徑向殘余壓應(yīng)力，提高微疊層復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能。
　　 研究了層數(shù)與微疊層層厚對(duì)Al2O3-TiC微疊層復(fù)合陶瓷刀具材料力學(xué)性能、殘余應(yīng)力和微觀組織的影響。結(jié)果表明，當(dāng)層數(shù)增多、微疊層層厚減小時(shí)，微疊層復(fù)合陶瓷刀具材料的力學(xué)性能提高。材料界面處結(jié)合緊密，晶粒大小均勻。隨著層數(shù)的增多，微疊層內(nèi)的徑向

4、殘余壓應(yīng)力逐漸減小，基體的徑向殘余拉應(yīng)力逐漸增大。隨著微疊層層厚減小，微疊層內(nèi)徑向殘余壓應(yīng)力增大，有效提高材料力學(xué)性能。
　　 研制了三種性能較好的Al2O3-TiC微疊層復(fù)合陶瓷刀具A9-200、A5-100和A7-100。層數(shù)為9層、層厚為200μm時(shí)的A9-200正面等效抗彎強(qiáng)度和側(cè)面等效抗彎強(qiáng)度分別為1155MPa和975MPa，微疊層硬度和基體硬度分別為17.54GPa和18.21GPa，微疊層斷裂韌度和基體斷裂韌度分

5、別為8.14MPa·m1/2和7.82MPa·m1/2。層數(shù)為5層、層厚為100μm時(shí)的A5-100正面等效抗彎強(qiáng)度和側(cè)面等效抗彎強(qiáng)度分別為1166MPa和878MPa，微疊層硬度和基體硬度分別為17.3GPa和17.76GPa，微疊層斷裂韌度和基體斷裂韌度分別為7.74MPa·m1/2和7.21MPa·m1/2。層數(shù)為7層、層厚為l00μm時(shí)的A7-100正面等效抗彎強(qiáng)度和側(cè)面等效抗彎強(qiáng)度分別為1132MPa和934MPa，微疊層硬度

6、和基體硬度分別為17.59GPa和17.85GPa，微疊層斷裂韌度和基體斷裂韌度分別為7.94MPa·m1/2和7.71MPa·m1/2。
　　 研究了Al2O3-TiC微疊層復(fù)合陶瓷刀具A9-200、A5-100和A7-100加工鎳基高溫合金GH4169時(shí)的切削性能，并與商用刀具SG4進(jìn)行了對(duì)比。優(yōu)化了微疊層復(fù)合陶瓷刀具A9-200切削鎳基高溫合金時(shí)的切削用量，其最優(yōu)切削用量是切削速度為40m/min，切削深度為0.5mm，進(jìn)