【摘要】：硬質(zhì)合金刀具切削加工筒節(jié)材料過程中普遍會出現(xiàn)粘焊(表現(xiàn)為“粘刀”現(xiàn)象),并隨著切削過程的繼續(xù),刀具發(fā)生破損,進(jìn)而對刀具加工、性能產(chǎn)生影響。針對這一問題,本文在國家自然科學(xué)基金“重型切削中硬質(zhì)合金前刀面粘焊層損傷機(jī)理研究”(課題編號:51575146)資助下,開展了切削筒節(jié)材料(2.25Cr-1Mo-0.25V)實(shí)驗(yàn),分析粘焊形成過程,建立切削過程中刀屑接觸區(qū)域的擴(kuò)散方程,預(yù)測接觸區(qū)的濃度分布,并結(jié)合產(chǎn)生破損刀具的微觀形貌,分析前刀面的斷裂方式,為改善刀具抗粘結(jié)破損性能提供依據(jù)。首先,為了獲取在不同的切削條件下產(chǎn)生粘焊的試樣,搭建切削實(shí)驗(yàn)平臺,并結(jié)合顯微硬度分析、超景深觀測和掃描電鏡觀察,獲得刀屑粘焊產(chǎn)生的切削條件;通過切削過程中的力熱數(shù)據(jù)及前刀面微觀表面形貌分析,分析粘焊的形成過程,獲得粘焊產(chǎn)生的力熱條件,為后續(xù)擴(kuò)散模型的參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。其次,根據(jù)刀屑粘焊形成過程分析,得到刀工接觸區(qū)發(fā)生擴(kuò)散的微觀機(jī)制;結(jié)合菲克第二定律,建立含有未知參數(shù)的元素擴(kuò)散濃度方程,采用五點(diǎn)頻率法得到不同元素的擴(kuò)散系數(shù),確定元素擴(kuò)散理論模型的最終形式;通過對切削加工過程中產(chǎn)生粘焊的刀具進(jìn)行能譜掃描,得到不同元素的濃度分布,并與方程理論計算所得曲線進(jìn)行對比,驗(yàn)證模型的正確性。再次,采用分子動力學(xué)軟件,結(jié)合碳化鎢(WC)微觀結(jié)構(gòu),分別建立硬質(zhì)合金(WC-Co結(jié)構(gòu))和筒節(jié)材料(以Fe為基體的鋼結(jié)構(gòu))的簡化模型,并進(jìn)行動力學(xué)分析,得到其動力學(xué)分析過程中的溫度、能量變化和模型擴(kuò)散后的結(jié)構(gòu),分析了接觸區(qū)擴(kuò)散特性;分析擴(kuò)散后刀具側(cè)微觀結(jié)構(gòu)局部放大圖,觀測到基體中孔洞的產(chǎn)生,隨著擴(kuò)散進(jìn)程的繼續(xù),孔洞通過吸收周圍空位,更容易造成裂紋形核和擴(kuò)展。最后,通過裂紋尖端應(yīng)力場和位移場分析,確定裂紋尖端塑性區(qū)的存在,同時結(jié)合刀具的微觀結(jié)構(gòu),分析裂紋形核的兩種途徑:初始裂紋處的形核和異相界面上的形核。結(jié)合材料的微觀斷口形貌,分析具有粘結(jié)的前刀面的微觀結(jié)構(gòu),確定其破壞的主要方式,為改善硬質(zhì)合金性能、制備以濃度梯度為特征的新型硬質(zhì)合金提供依據(jù)。
【圖文】：

裝置 YT15 的硬質(zhì)合金刀具和筒節(jié)材料 2如表 2-1 所示。表 2-1 2.25Cr-1Mo-0.25V 鋼主要化學(xué)成分 Main chemical composition of 2.25Cr-1Mo-化學(xué)成分(%)C Si Mn Cr Ni 14 0.1 0.5 2.5 0.1 床上進(jìn)行，為了便于觀測，設(shè)計出一使用瑞士 Kstler 公司生產(chǎn)的切削力采ermovisionA40M 的紅外線熱像儀對刀錄切削過程中刀屑之間的接觸狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時拍攝。

a) 超景深顯微鏡 b) 掃描電鏡圖 2-2 測量儀器Fig.2-2 Measuring instrument驗(yàn)參數(shù)的選擇切削過程中由于氧化皮、砂眼、凹陷等的存在，切削時基態(tài)，切削用量大，切削過程并不穩(wěn)定，其振動較大，所受為了更切合實(shí)際工況，在工件表面開一通槽，當(dāng)?shù)毒咴谕ù�，較易導(dǎo)致刀具破損；當(dāng)?shù)毒咔谐鰰r，切屑容易殘留在盡快產(chǎn)生粘焊，縮短實(shí)驗(yàn)時間，采用大的切削參數(shù)，同時削參數(shù)的選擇范圍為：轉(zhuǎn)速為 80~160r/min，增量為 40~0.3mm/r，增量為 0.1mm/r；切削深度為 1~3mm，增量同樣計實(shí)驗(yàn)，，在不同切削條件下切削筒節(jié)材料，獲得產(chǎn)生粘焊結(jié)果
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG711

【參考文獻(xiàn)】

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1 潘龍;楊奔峰;;Cr在Fe-Cr合金中擴(kuò)散過程的原子尺度模擬研究[J];科技資訊;2015年09期

2 樊俊鈴;郭杏林;;彈塑性疲勞裂紋擴(kuò)展行為的數(shù)值模擬[J];機(jī)械工程學(xué)報;2015年10期

3 劉曉波;徐慶軍;劉劍;;鋁裂紋擴(kuò)展行為的分子動力學(xué)模擬[J];中國有色金屬學(xué)報;2014年06期

4 吳瓊;李樹索;馬岳;宮聲凱;;First principles calculations of alloying element diffusion coefficients in Ni using the five-frequency model[J];Chinese Physics B;2012年10期

5 程耀楠;劉獻(xiàn)禮;李振加;劉利;王海婷;;極端重載切削條件下的刀-屑粘結(jié)失效[J];機(jī)械工程學(xué)報;2012年19期

6 黃學(xué)偉;蔡力勛;包陳;陳龍;;基于低周疲勞損傷的裂紋擴(kuò)展行為數(shù)值模擬新方法[J];工程力學(xué);2011年10期

7 滕項(xiàng)銘;馮淼林;;裂紋尖端疲勞塑性區(qū)研究[J];力學(xué)季刊;2011年03期

8 李春艷;劉華;劉波濤;;分子動力學(xué)模擬基本原理及研究進(jìn)展[J];廣州化工;2011年04期

9 馬英杰;王鼎春;王紅武;雷家峰;王儉;劉羽寅;高頎;楊銳;;影響TC4ELI合金斷裂韌性的因素[J];中國有色金屬學(xué)報;2010年S1期

10 王英姿;陶文宏;楊中喜;李友生;;高速切削刀具的擴(kuò)散磨損檢測研究[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2009年01期

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1 吳銘方;鋁合金與不銹鋼低溫擴(kuò)散焊及界面主組元擴(kuò)散行為研究[D];江蘇大學(xué);2011年

2 邵芳;難加工材料切削刀具磨損的熱力學(xué)特性研究[D];山東大學(xué);2010年

3 蔡治勇;界面微觀特性的分子動力學(xué)模擬研究[D];重慶大學(xué);2008年

4 劉鵬;Mg/Al活性異種金屬焊接界面微觀結(jié)構(gòu)及元素擴(kuò)散的研究[D];山東大學(xué);2006年

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1 王銀濤;高速斷續(xù)切削刀具疲勞失效實(shí)驗(yàn)與仿真研究[D];山東大學(xué);2016年

2 萬蕾;基于有限元方法的金屬切削過程研究[D];上海工程技術(shù)大學(xué);2016年

3 洪禮衛(wèi);幾種金屬材料破壞機(jī)理與斷裂形式的研究[D];江南大學(xué);2008年

4 王慰軍;基于ABAQUS的裂紋擴(kuò)展仿真軟件及應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2006年

5 敖曉春;難加工材料3Cr-1Mo-1/4V鋼的切削及刀具破損機(jī)理的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2005年

本文編號：2688022