多元多尺度碳化鈦基陶瓷刀具研制及切削性能研究.pdf

1、本文針對目前陶瓷刀具綜合力學(xué)性能較低的難題，基于多元多尺度的設(shè)計思想，根據(jù)陶瓷基復(fù)合材料和陶瓷金屬復(fù)合材料的設(shè)計原則，選擇微米Al2O3和納米Al2O3顆粒為添加相，Ni、Co和Mo為金屬粘結(jié)相，采用液相熱壓燒結(jié)工藝，研制成功了新型多元多尺度TiC基納米復(fù)合陶瓷刀具材料，系統(tǒng)研究了其燒結(jié)工藝、力學(xué)性能和顯微組織之間的關(guān)系，分析了材料增韌補強機理，研究了新型陶瓷刀具的切削性能。 實驗研究了在相同的燒結(jié)溫度下，納米Al2O3含量的變

2、化對多元多尺度TiC基納米復(fù)合陶瓷刀具材料顯微組織和力學(xué)性能的影響；在相同的燒結(jié)溫度下，微米Al2O3含量的變化對多元多尺度TiC基納米復(fù)合陶瓷刀具材料顯微組織和力學(xué)性能的影響；以及燒結(jié)溫度的變化對多元多尺度TiC基納米復(fù)合陶瓷刀具材料顯微組織和力學(xué)性能的影響。 研制成功了新型多元多尺度TiC基納米復(fù)合陶瓷刀具材料TA10A5（微米Al2O3的含量為10vol％和納米Al2O3的含量為5vol％），其最佳燒結(jié)工藝條件為燒結(jié)溫度1

3、600℃、保溫25min和壓力25MPa，TA10A5的抗彎強度、斷裂韌性和維氏硬度分別為901MPa、8.46MPa·ml/2和20.43GPa。對顯微組織的研究表明，微米Al2O3和納米Al2O3的加入明顯起到了細化晶粒的作用，斷口粗糙，晶粒拔出和穿晶斷裂明顯增多，致密度上升。金屬相的塑性變形和裂紋橋連增韌對材料韌性的貢獻比較大。 研究了多元性和多尺度對新型多元多尺度TiC基納米復(fù)合陶瓷刀具材料增韌補強機理的影響。金屬相Ni

4、、Co和Mo對基體具有良好的潤濕性，可以增強界面結(jié)合強度，產(chǎn)生裂紋橋聯(lián)、裂紋穿晶和裂紋偏轉(zhuǎn)作用；多尺度的Al2O3顆粒能抑制基體顆粒的長大，對基體產(chǎn)生增強作用，同時產(chǎn)生裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋釘扎和殘余應(yīng)力增韌機制，Al2O3顆粒還容易誘發(fā)位錯，產(chǎn)生位錯增韌補強作用。多尺度Al2O3顆粒產(chǎn)生殘余應(yīng)力場增韌和裂紋偏轉(zhuǎn)增韌機理，晶內(nèi)型納米Al2O3顆粒在基體顆粒中形成亞晶界，同時金屬相和晶界上納米Al2O3顆粒對基體晶界的強化作用，容易誘發(fā)穿晶斷裂。

5、 研究了新型陶瓷刀具TA10A5連續(xù)切削淬火40Cr、球墨鑄鐵、調(diào)質(zhì)45＃鋼和淬火45＃鋼時的切削性能，并與已經(jīng)商業(yè)化的陶瓷刀具LT55的切削性能進行了對比。結(jié)果表明：TA10A5刀具比較適合低速下連續(xù)切削淬火40Cr合金鋼和高速切削45＃鋼，后刀面的磨損量比較小，加工表面質(zhì)量也優(yōu)于商業(yè)化的LT55刀具；TA10A5刀具不適合連續(xù)切削球墨鑄鐵，刀具的前、后刀面的磨損量都隨時間的增加迅速增加，沒有出現(xiàn)正常磨損階段。TA10A5刀具