本文選題：Ti(C + N)基金屬陶瓷��； 參考：《合肥工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：Ti(C，N)基金屬陶瓷材料在高溫下因其具有優(yōu)良的耐磨性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于切削刀具；但是Ti(C舯基金屬陶瓷屬于硬脆性材料,如何增加其強(qiáng)韌性以提高刀具壽命一直是廣大材料及切削加工研究者需要面對(duì)的難題。聚晶立方氮化硼(簡(jiǎn)稱PCBN)刀具具有硬度高、化學(xué)惰性良好而穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),其在加工高硬度材料方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),如何正確應(yīng)用PCBN刀具切削鐵基粉末冶金件以實(shí)現(xiàn)其價(jià)值最大化顯得尤為重要。本文在概述刀具材料發(fā)展的基礎(chǔ)上針對(duì)這些問題進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)研究：(1)Ti(C,如基金屬陶瓷刀具的研究：用粉末冶金法、真空燒結(jié)工藝制備了TiC原始粒度不同的兩組Ti(C,N)基金屬陶瓷材料。對(duì)TiC粉末粒度提高Ti(C,N)基金屬陶瓷材料強(qiáng)韌性的機(jī)制進(jìn)行了分析研究。得出納米TiC原始粉末制備的Ti(C,N)基金屬陶瓷具有更小的晶粒度,同時(shí)具有更好的材料綜合性能。納米TiC原始粉末制備的金屬陶瓷組織的晶粒細(xì)化,抗彎強(qiáng)度和硬度更高,但微米TiC原始粉末制備的金屬陶瓷中粘結(jié)相平均自由程較大,從而韌性高。(2)在測(cè)試這兩組Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料的機(jī)械力學(xué)性能時(shí),用自制的刀具進(jìn)行實(shí)際切削實(shí)驗(yàn),切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Ti(CN)基金屬陶瓷刀具切削正火態(tài)45號(hào)鋼時(shí),后角α=5°的刀具耐用度最好,刀具的使用壽命最長(zhǎng)；納米Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具壽命比微米Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具壽命長(zhǎng)。對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具的磨損形態(tài)和磨損機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步的分析研究得出兩種金屬陶瓷刀具的磨損機(jī)理基本相同,在刀具的后刀面磨損中共同存在著磨粒磨損、粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損和氧化磨損四種磨損形式,其中主要磨損形式是擴(kuò)散磨損和氧化磨損。(3)利用大型商業(yè)有限元仿真軟件Abaqus對(duì)正交金屬切削過程進(jìn)行建模和數(shù)值仿真計(jì)算；借助仿真模型研究前角和切削速度對(duì)切削過程的影響,分析復(fù)雜的切削過程,并且利用切削試驗(yàn),對(duì)切削力和剪切角兩個(gè)重要仿真參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真技術(shù)更直觀的揭示了切削狀態(tài)；為制備工業(yè)上實(shí)用的高性能的材料刀具提供了實(shí)驗(yàn)和理論上的指導(dǎo)；為新刀具的開發(fā)降低了成本,提高了效率。(4)PCBN刀具切削鐵基粉末冶金件——發(fā)動(dòng)機(jī)氣門座圈的實(shí)驗(yàn)研究。得出了以下結(jié)論：V581鐵基粉末冶金材料在密度、硬度、硬質(zhì)粒子硬度(HV0.1)和壓潰強(qiáng)度方面均明顯優(yōu)于ZN-1材料；切削三要素中,切削深度對(duì)切削力的影響最大,進(jìn)給量次之,切削速度最小;實(shí)驗(yàn)表明,三方向切削力中以徑向力Fy最大,比軸向力Fx大近2倍；PCBN刀具切削粉末冶金件的磨損形態(tài)主要為：前刀面月牙洼磨損、后刀面磨損和微崩刃；PCBN刀具的破損形態(tài)主要為：刀尖斷裂、前刀面剝落。實(shí)驗(yàn)中刀具前刀面主要磨損形態(tài)為脫落,后刀面在切削過程中發(fā)生了嚴(yán)重的化學(xué)磨損。由于粉末冶金材料中含有大量的硬質(zhì)粒子,所以機(jī)械磨損始終存在于刀具磨損中。
[Abstract]:Ti (C, N) based cermet is widely used in cutting tools at high temperature because of its excellent wear resistance and good chemical stability. But Ti (C based cermet is a hard brittle material. How to increase its strength and toughness to improve tool life has been a difficult problem for large material and cutting researchers. " Cubic boron nitride (PCBN) tool has many advantages, such as high hardness, good chemical inertness and stability. It has obvious advantages in the processing of high hardness materials. It is very important to use PCBN tool to cut iron based powder metallurgy parts correctly to realize its maximum value. This article is based on the development of tool materials. The following experimental studies have been carried out: (1) Ti (C, such as the study of basic cermet cutters: two groups of Ti (C, N) cermet with different TiC original granularity were prepared by powder metallurgy and vacuum sintering process. The mechanism of TiC powder grain size to improve the strength and toughness of Ti (C, N) based ceramic materials was analyzed and studied. The Ti (C, N) cermet prepared by powder has smaller grain size and better comprehensive material properties. The grain of the cermet is refined, the bending strength and hardness are higher, but the average free range of bond phase in the micrometer TiC raw powder is higher, and the toughness is high. (2) it is measured. When the mechanical properties of the two groups of Ti (C, N) foundation ceramic tool materials were tested, the actual cutting experiments were carried out with self-made tools. The results showed that when Ti (CN) foundation ceramics cutters were cutting normalizing No. 45 steel, the tool durability of the posterior angle alpha =5 degree was the best and the service life of the tool was the longest; the nano Ti (C, N) foundation was the tool life of the ceramic tool. Life is longer than micrometer Ti (C, N) based cermet cutters. The wear morphology and wear mechanism of Ti (C, N) based ceramic cutters are further analyzed and studied. The wear mechanism of the two kinds of ceramic tools is basically the same. Four types of wear are damaged, among which the main wear forms are diffusion wear and oxidation wear. (3) modeling and numerical simulation of orthogonal metal cutting process by large commercial finite element simulation software Abaqus are used to study the influence of the front angle and cutting speed on the cutting process, and the complex cutting process is analyzed, and the use of the cutting process is analyzed. Two important simulation parameters of cutting force and shear angle are verified by cutting test. The simulation technology reveals the cutting state more intuitively; provides experimental and theoretical guidance for the manufacture of practical high performance material tools; reduces the cost and improves the efficiency for the development of new tools. (4) cutting iron base powder by PCBN cutters. The experimental study of metallurgical parts - engine valve seat ring is carried out. The following conclusions are drawn: V581 iron based powder metallurgy material is obviously superior to ZN-1 material in density, hardness, hard particle hardness (HV0.1) and crushing strength; in the three elements of cutting, the cutting depth has the greatest impact on the cutting force, the feed amount is the second, the cutting speed is the least; the experiment table is the least. In the three direction, the maximum cutting force in the three direction is 2 times larger than the axial force, which is nearly 2 times larger than the axial force; the wear form of the PCBN cutting tool is mainly: the wear of the crescent surface of the knife surface, the wear of the knives and the micro avalanche edge, and the breakage form of the PCBN cutter mainly is the fracture of the knife tip and the flake of the front knife. The main wear form of the tool front face in the experiment is the form of the main wear of the tool front face in the experiment. There is a serious chemical wear in the cutting process. Because of the large number of hard particles in the powder metallurgy material, the mechanical wear is always in the tool wear.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG711

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本文編號(hào)：2032175