【摘要】：硬質(zhì)涂層是一種能提高材料綜合性能較經(jīng)濟(jì)、有效的途徑。它不僅在常溫下具有硬度高、耐磨性好、膜基結(jié)合強(qiáng)度大和熱膨脹系數(shù)低等特點,而且在高溫條件下也具有較高的強(qiáng)度,優(yōu)良的耐腐蝕、耐磨損和抗高溫氧化等性能。在硬質(zhì)合金刀具上沉積硬質(zhì)涂層材料,能有效增強(qiáng)硬質(zhì)合金刀具的硬度、耐磨性和抗氧化性能,延長刀具使用壽命。涂層刀具的重要意義在于將刀具材料與超硬涂層的特性結(jié)合起來,實現(xiàn)傳統(tǒng)刀具的綜合改性,能滿足現(xiàn)代金屬切削加工工藝的需要。本文采用PVD技術(shù)在超硬高速鋼(W12Mo3Cr4V3N)試片和YT15硬質(zhì)合金刀具上分別沉積TiCN、TiAlN和TiAlCrN涂層,進(jìn)行了如下試驗研究:(1)采用顯微硬度計和劃痕儀分別對TiCN、TiAlN和TiAlCrN涂層的顯微硬度和膜基結(jié)合力進(jìn)行了測量;(2)在摩擦磨損試驗機(jī)上對未涂層試片、TiCN、TiAlN和TiAlCrN涂層進(jìn)行了往復(fù)摩擦磨損試驗,研究了不同載荷、往復(fù)速度和溫度條件對涂層摩擦系數(shù)的影響,分析了涂層的磨損形貌和磨損機(jī)理;(3)采用未涂層刀具、TiCN、TiAlN和TiAlCrN涂層刀具對20CrMo鋼進(jìn)行了干切削試驗,研究了不同切削參數(shù)對切削力、切削溫度和工件表面粗糙度的影響;(4)采用Deform-2D仿真軟件對未涂層刀具、TiCN、TiAlN涂層刀具切削過程進(jìn)行了建模、仿真分析,研究了刀具切削力、切削溫度和應(yīng)力場的分布和變化規(guī)律;(5)采用光學(xué)顯微鏡測量TiCN、TiAlN和TiAlCrN涂層刀具后刀面的磨損量VB,并采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察刀具前、后刀面磨損形態(tài),分析了刀具磨損機(jī)理。主要研究結(jié)果歸納如下:(1)三種涂層的顯微硬度和結(jié)合強(qiáng)度都較大,顯微硬度大小依次為:TiAlCrN涂層TiAlN涂層TiCN涂層未涂層試片;結(jié)合力大小依次為:TiCN涂層TiAlCrN涂層TiAlN涂層。摩擦系數(shù)試驗結(jié)果表明:在改變載荷、往復(fù)速度和溫度條件下,TiAlN涂層摩擦系數(shù)最大,其次是TiAlCrN涂層,TiCN涂層最小。TiCN涂層的主要磨損形式為氧化磨損和疲勞磨損,TiAlN涂層的主要磨損形式為磨粒磨損和氧化磨損;TiAlCrN涂層的主要磨損形式為疲勞磨損和磨粒磨損。(2)TiCN、TiAlN和TiAlCrN涂層提高了刀具的切削性能;TiAlCrN涂層刀具的切削性能稍微優(yōu)于TiAlN涂層刀具,TiAlN涂層刀具的切削性能優(yōu)于TiCN涂層刀具。仿真結(jié)果表明:相同切削參數(shù)條件下,未涂層刀具上的切削力、切削溫度和刀具應(yīng)力最大,其次是TiCN涂層刀具,TiAlN涂層刀具最小。TiAlN涂層刀具上的切削溫度和切削力小于TiCN涂層刀具,仿真分析與切削試驗結(jié)果相吻合。(3)與未涂層刀具的耐用度相比,TiAlCrN涂層刀具的耐用度延長了一倍以上,TiAlN涂層延長了約一倍,TiCN涂層刀具延長了約50%。TiAlCrN涂層刀具主要磨損形式為邊界磨損和氧化磨損;TiAlN涂層刀具的磨損形式以擴(kuò)散磨損和氧化磨損為主;TiCN涂層刀具的磨損形式以氧化磨損為主。
【圖文】：

摩擦磨損特性進(jìn)行測量與研究，為后續(xù)章節(jié)涂層刀具的切削性能及刀具磨損機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。3.1 材料與方法3.1.1 試驗材料（1）試片基體：超硬高速鋼 W12Mo3Cr4V3N，試樣尺寸 24mm×16mm×3mm。首先使用砂紙對試片表面進(jìn)行除銹處理，然后采用拋光機(jī)對表面進(jìn)行拋光，接著將試片放入無水乙醇溶液中超聲波清洗 15min，最后烘干。W12Mo3Cr4V3N 鋼主要化學(xué)成分如表 3-1 所示。表 3-1 W12Mo3Cr4V3N 化學(xué)成分Table 3-1 Chemical constituent of W12Mo3Cr4V3N steel元素 C W Mo Cr V N含量（%） 1.19 11.66 2.95 4.00 2.67 0.075（2）涂層試片：在W12Mo3Cr4V3N高速鋼上分別沉積TiCN、TiAlN和TiAlCrN涂層，涂層樣品如圖 3-1 所示。

金剛石正四棱錐體壓頭，載荷 5行加載，加載結(jié)束后卸去載荷后按照維氏硬度計算公式計算21.8544dPHV d 為壓痕對角線(mm)。/旋轉(zhuǎn)摩擦磨損試驗機(jī)對 TiCN、T形式采用往復(fù)式，，傳感器規(guī)格往復(fù)長度 5mm。所測量的參數(shù)像的方式同步呈現(xiàn)。樣品加熱為 250℃。型掃描電鏡（SEM）觀察 TiCN、EDS)分析磨損機(jī)理。掃描電子顯
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG506

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本文編號：2604119