【摘要】：GH4169以其優(yōu)越的綜合性能如抗氧化性、耐高溫而被廣泛應用于航空航天領域,其大部分耐熱零件的關鍵表面都是精密切削或者超精密切削完成的。而材料納米尺度的研究一直是超精密加工的熱門方向。原子角度下對于GH4169不同相結構與多晶結構切削過程的研究,不僅可以從納米角度解釋切削過程的機理,而且為解釋宏觀切削中材料屬性以及刀具磨損做出深入的揭示。本文完成中我們首先做了GH4169的宏觀車削實驗。通過SEM對切屑根觀測圖以及微觀金相圖,我們分析得出剪切帶寬度隨切削速度增大而減小,而且切屑形成過程中伴隨著晶粒的機械破碎與旋轉(zhuǎn),晶界遷移等變化的結論。之后,為了進一步深入研究切削過程中剪切帶形成機制,工件原子的擴散行為以及更微觀的相強化機制,本文針對鎳基高溫合金的納米微觀晶體學結構,通過SEM及HRTEM確定其內(nèi)部多晶及相組成,從而確定了鎳基合金多晶以及多相兩種納米切削模型。同時我們通過仿真實驗驗證并使用EAM,Tersoff,勢能函數(shù)來賦予工件與刀具材料屬性,并進一步計算及確定了刀具、工件和相兩兩之間的Morse勢參數(shù)。最終我們通過Lammps軟件仿真完成了整個切削過程模擬。在鎳基合金多晶模型的分子動力學切削仿真中通過對原子剪切應變及相對位移的分析,我們分析出在多晶Ni-Fe-Cr工件模型切削中工件原子沿[-110]方向流動這呈現(xiàn)出切削區(qū)在該方向的剪切作用。而該作用隨著刀具前進與工件原子的進一步擠壓最終促成剪切帶的形成。另一方面,通過計算鎳、鐵、鉻原子在工件以及刀具中的擴散激活能,我們得出了切削過程中,工件材料中的原子通過晶界擴散到刀具與切屑界面,而后又較易通過碳化硅晶界擴散進入刀具的結論。其中更具體來說,在此晶界擴散中鉻原子先進入晶界中,而后鐵原子進入,其中鎳原子最后完成擴散過程。并且這幾種原子在擴散進入碳化硅晶界后會通過鍵合形成化合物。而在多相模型的切削中,我們通過γ'相切應力,層錯能的變化趨勢,以及切削過程中的位錯相互作用,位錯釘扎點數(shù)量及其隨溫度變化分析得出γ'相在切削中的強化作用機制表現(xiàn)為切削一開始工件中γ'相通過位錯束集來形成交叉的層錯面來阻礙工件變形,并且在刀具與工件接觸并引發(fā)工件塑性變形階段γ'相中的位錯會通過扭折與割階復合的一種機制來形成釘扎點從而來起到強化作用的結論。
【圖文】：

第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究意義本課題來源于國家自然科學基金項目“基于鎳基高溫合金材料微觀結構變形特征的低應力切削機理研究”（51505038）和吉林省青年科研基金“切削鎳基高溫合金的摩擦潤滑效應及刀具抗磨損機理研究”（20160520026JH）。鎳基高溫合金通常是指鎳原子的百分含量占 50%以上且在特定高溫下具有較高強度以及可焊接，耐腐蝕等優(yōu)良力學性能的一類合金。GH4169 作為鎳基合金的一個牌號，由于其優(yōu)越的耐高溫、耐氧化性能被大量廣泛應用在航空發(fā)動機的渦輪盤與葉片（見圖 1.1）制造中。然而由于其較低的熱導、較高的化學能及加工硬化性，加工過程造成的刀具磨損非常嚴重[1]。該材料具有這些優(yōu)越的性能主要取決于在無序 FC結構 γ 相中廣泛分布的沉析出相 γ'及 γ''相，通過限制塑性變形中位錯的運動，極大的提高了整體的強度，，而其 δ 相的存在往往是其加工硬化等不良性能的重要原因。

（c）120m/min （d）140m/min圖 2.1 不同速度下的切屑根的掃描電鏡觀察80 90 100 110 120 130 140051015202530切削速度(m/min)剪切帶寬度δ1(mμ)圖2.2 剪切帶寬度隨切削速度的變化剪切區(qū)的剪應力 τ 可表示為[46]：1 111cos=/ sinD DFb hωτφ（2-1）
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG146.15;TG51;V261.2

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