陶瓷刀具材料具有抗磨損、抗腐蝕、熱硬性高等諸多優(yōu)點(diǎn),但是陶瓷材料本身較脆的缺點(diǎn)極大的制約了其應(yīng)用,因此陶瓷刀具材料研發(fā)的核心是改善陶瓷材料的韌度。本文采用TiB₂、TiN為基體材料,WC為增強(qiáng)相,（Ni,Mo）為燒結(jié)助劑,利用TiB₂、TiN在高溫下氧化產(chǎn)物具有的自潤(rùn)滑效果,使用梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法成功制造出了多種層數(shù)以及層厚比的陶瓷自潤(rùn)滑梯度刀具材料,且研究了其力學(xué)性能、顯微組織結(jié)構(gòu)以及摩擦磨損和切削性能。使用有限元法建立了多種層數(shù)、層厚比參數(shù)的梯度自潤(rùn)滑陶瓷材料模型,對(duì)各個(gè)模型的殘余應(yīng)力數(shù)值及其分布規(guī)律進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明:殘余壓應(yīng)力在材料的燒制過程中形成于材料的表層,且在模型的層數(shù)、層厚比變大時(shí),表層的殘余壓應(yīng)力數(shù)值也有所增大,T3-8、T7-1梯度自潤(rùn)滑陶瓷材料的表層殘余壓應(yīng)力分別達(dá)到了-338.21MPa、-193.61MPa。熱壓燒結(jié)后試樣在靠近軸線的一定范圍內(nèi)形成的殘余壓應(yīng)力較為均勻,該區(qū)域大小隨層厚比以及層數(shù)增加而增大。研制梯度自潤(rùn)滑陶瓷材料使用的是熱壓真空燒制方法,對(duì)多種層數(shù)層厚比樣品的力學(xué)性能、顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探究。結(jié)果表明... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

刀具材料的發(fā)展及切削生產(chǎn)率的提高[1]

Gong[34]等人對(duì)燒制好的樣品沿圖1-2中虛線進(jìn)行切割，制備了多維梯度TiC-Al2O3-Mo-Ni復(fù)合陶瓷刀具，探討了層厚比和組分變化方向與刀具性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)層厚比為0.4、角度α為30°時(shí)樣品的綜合機(jī)械性能達(dá)到最優(yōu)，小的角度α使得裂紋通過層間界面時(shí)更容易產(chǎn)生裂紋偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。Zheng[35]等通過優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)和層厚比燒制了兩類梯度3 4Sialon-Si N 復(fù)合陶瓷刀具材料，發(fā)現(xiàn)雙重分布的3 4β -Si N晶粒（小尺寸與大尺寸的柱狀3 4β -Si N晶粒交錯(cuò)分布）有益于材料抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度的提高。許崇海[36]等制備了梯度2 3 2Al O /TiC/CaF 陶瓷刀具材料，并分析了四種不同梯度成分分布模型下材料內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，依據(jù)優(yōu)化結(jié)果燒結(jié)的梯度陶瓷材料比對(duì)應(yīng)的均質(zhì)陶瓷刀具在抗彎強(qiáng)度、硬度以及斷裂韌度方面各自提高了21%、16%、5.9%，切削實(shí)驗(yàn)表明梯度刀具比均質(zhì)刀具在相同切削條件下的耐磨性更好。圖 1-2 多維梯度陶瓷刀具橫截面示意圖[34]Nomura[37]針對(duì)常規(guī)涂層硬質(zhì)合金刀具前刀面的主切削刃附近由于切削高溫和冷卻液的雙重作用下存在較大的熱應(yīng)力和拉應(yīng)力、易萌生熱裂紋的問題

梯度陶瓷材料殘余應(yīng)力形成與增韌機(jī)理理論上梯度復(fù)合材料的材料屬性應(yīng)該是沿某一方向呈連續(xù)變化，但在實(shí)程中由于制備技術(shù)的限制，多使用成分的階梯變化替代連續(xù)變化，這種疊層梯度復(fù)合材料[27]。層狀復(fù)合材料以強(qiáng)界面結(jié)合時(shí)往往是利用不匹熱膨脹系數(shù)、收縮率在表層產(chǎn)生殘余應(yīng)力，材料表層的壓應(yīng)力可以通過的層數(shù)、層厚比等參數(shù)產(chǎn)生，用以改善整體的材料力學(xué)性能�；诜蔷鶆驊�(yīng)變的層狀對(duì)稱式復(fù)合材料的殘余應(yīng)力理論計(jì)算模型，材料束，層間通過剪應(yīng)力相互約束。以三層的對(duì)稱結(jié)構(gòu)為例，圖 2-1 為其形，其中表層和芯部層材料的熱膨脹系數(shù)和彈性模量分別對(duì)應(yīng) ( 1α)2E ，其中1 2α < α； ΔT 為應(yīng)力松弛溫度與常溫間的差值； L 為對(duì)稱長(zhǎng)（在此模型中即為燒結(jié)樣品的半徑）；沒有層間約束的狀態(tài)下外層和內(nèi)向的伸縮量分別表示為1 2α ΔT L、 α ΔTL；Δ 1 、 Δ 2分別為表面層和中間層調(diào)變形量[41]。

【參考文獻(xiàn)】：
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