【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(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,其大部分耐熱零件的關(guān)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(mén)方向。原子角度下對(duì)于GH4169不同相結(jié)構(gòu)與多晶結(jié)構(gòu)切削過(guò)程的研究,不僅可以從納米角度解釋切削過(guò)程的機(jī)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(chē)削實(shí)驗(yàn)。通過(guò)SEM對(duì)切屑根觀測(cè)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(guò)程中伴隨著晶粒的機(jī)械破碎與旋轉(zhuǎn),晶界遷移等變化的結(jié)論。之后,為了進(jìn)一步深入研究切削過(guò)程中剪切帶形成機(jī)制,工件原子的擴(kuò)散行為以及更微觀的相強(qiáng)化機(jī)制,本文針對(duì)鎳基高溫合金的納米微觀晶體學(xué)結(jié)構(gòu),通過(guò)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(shí)我們通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并使用EAM,Tersoff,勢(shì)能函數(shù)來(lái)賦予工件與刀具材料屬性,并進(jìn)一步計(jì)算及確定了刀具、工件和相兩兩之間的Morse勢(shì)參數(shù)。最終我們通過(guò)Lammps軟件仿真完成了整個(gè)切削過(guò)程模擬。在鎳基合金多晶模型的分子動(dòng)力學(xué)切削仿真中通過(guò)對(duì)原子剪切應(yīng)變及相對(duì)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(dòng)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(jìn)與工件原子的進(jìn)一步擠壓最終促成剪切帶的形成。另一方面,通過(guò)計(jì)算鎳、鐵、鉻原子在工件以及刀具中的擴(kuò)散激活能,我們得出了切削過(guò)程中,工件材料中的原子通過(guò)晶界擴(kuò)散到刀具與切屑界面,而后又較易通過(guò)碳化硅晶界擴(kuò)散進(jìn)入刀具的結(jié)論。其中更具體來(lái)說(shuō),在此晶界擴(kuò)散中鉻原子先進(jìn)入晶界中,而后鐵原子進(jìn)入,其中鎳原子最后完成擴(kuò)散過(guò)程。并且這幾種原子在擴(kuò)散進(jìn)入碳化硅晶界后會(huì)通過(guò)鍵合形成化合物。而在多相模型的切削中,我們通過(guò)γ'相切應(yīng)力,層錯(cuò)能的變化趨勢(shì),以及切削過(guò)程中的位錯(cuò)相互作用,位錯(cuò)釘扎點(diǎn)數(shù)量及其隨溫度變化分析得出γ'相在切削中的強(qiáng)化作用機(jī)制表現(xiàn)為切削一開(kāi)始工件中γ'相通過(guò)位錯(cuò)束集來(lái)形成交叉的層錯(cuò)面來(lái)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(cuò)會(huì)通過(guò)扭折與割階復(fù)合的一種機(jī)制來(lái)形成釘扎點(diǎn)從而來(lái)起到強(qiáng)化作用的結(jié)論。
【圖文】：

第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究意義本課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于鎳基高溫合金材料微觀結(jié)構(gòu)變形特征的低應(yīng)力切削機(jī)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(rùn)滑效應(yīng)及刀具抗磨損機(jī)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(qiáng)度以及可焊接，耐腐蝕等優(yōu)良力學(xué)性能的一類(lèi)合金。GH4169 作為鎳基合金的一個(gè)牌號(hào)，由于其優(yōu)越的耐高溫、耐氧化性能被大量廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤(pán)與葉片（見(jiàn)圖 1.1）制造中。然而由于其較低的熱導(dǎo)、較高的化學(xué)能及加工硬化性，加工過(guò)程造成的刀具磨損非常嚴(yán)重[1]。該材料具有這些優(yōu)越的性能主要取決于在無(wú)序 FC結(jié)構(gòu) γ 相中廣泛分布的沉析出相 γ'及 γ''相，通過(guò)限制塑性變形中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，極大的提高了整體的強(qiáng)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(yīng)力 τ 可表示為[46]：1 111cos=/ sinD DFb hωτφ（2-1）
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.15;TG51;V261.2

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本文編號(hào)：2666555