本文關鍵詞：新型Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具及其高溫抗彎強度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《山東大學》 2015年

新型Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具及其高溫抗彎強度研究

劉玥  

【摘要】：本文針對Ti(C,N)基陶瓷刀具硬度低的缺點,研制了具有較好力學性能和高硬度的新型Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具,系統(tǒng)研究了Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具的微觀組織、室溫力學性能、燒結機理、增硬機理、高溫抗彎強度及其可靠性、切削性能等。研制了Ti(C,N)-TiB2-WC和Ti(C,N)-TiB2-(W,Ti)C金屬陶瓷刀具材料,研究了其室溫力學性能和微觀組織的變化規(guī)律。結果表明,在燒結溫度為1600℃,燒結壓力32MPa,保溫60 min的燒結工藝下,TiB2顆粒含量為20wt.%、金屬相晶粒Ni、Mo為納米級時,Ti(C,N)-TiB2-WC刀具材料的綜合力學性能較好。當升溫速率和燒結溫度較高,或者當升溫速率和燒結溫度較低時,Ti(C,N)-TiB2-(W,Ti)C刀具的力學性能最優(yōu),最佳燒結溫度為1585℃至1620℃。在90℃/min的升溫速率下,燒結溫度為1620℃,保溫時間為60min,燒結壓力為32MPa時,刀具TB20TW (Ti(C,N)-20wt.%TiB2-(W,Ti)C)的力學性能最優(yōu),其抗彎強度、斷裂韌度和維氏硬度分別為946MPa,7.4MPa-m1/2和22.9 GPa。在升溫速率為50℃/min,燒結溫度為1585℃,保溫時間為60min,燒結壓力為32MPa時,刀具TB30TW (Ti(C,N)-30wt.%TiB2-(W,Ti)C)的力學性能最優(yōu),其抗彎強度、斷裂韌度和維氏硬度分別為1406MPa,6.6 MPa-m1/2和21.9 GPa。在Ti(C,N)-TiB2-(W,Ti)C金屬陶瓷刀具材料中發(fā)現(xiàn)了同時含有TiB2和Ti(C,N)兩種“芯-殼”結構的微觀組織,TiB2的“芯-殼”結構是由于燒結過程中B和Mo原子的擴散而形成了環(huán)形相B4MoTi固溶體,Ti(C,N)的“芯-殼”結構是由于燒結過程中Mo和W原子向Ti(C,N)中擴散而形成了環(huán)形相(Ti,W,Mo)(C,N)固溶體。研究了Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具的燒結機理,建立了該刀具材料燒結擴散模型,研究結果表明,殼層增厚速度隨著燒結溫度的升高而增大,隨著擴散時間的延長而先增大后降低。研究了新型Ti(C,N)基復合陶瓷刀具的增硬機理,建立了Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具殘余應力模型。研究結果表明,殘余壓應力場的綜合作用提高了刀具材料的硬度,Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具的主要增硬機理是TiB2“芯-殼”結構的增硬效應以及TiB2與Ti(C,N)之間的高硬度化學鍵結合作用。研究了溫度對Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具抗彎強度的影響規(guī)律和高溫抗彎強度的隨機分布規(guī)律,建立了Ti(C,N)基復合金屬陶瓷刀具高溫抗彎強度的分布函數(shù)和可靠度函數(shù)。根據(jù)高溫抗彎強度的研究結果,確定Ti(C,N)-TiB2-(W,Ti)C為切削刀具。在高于800℃時,該刀具的高溫抗彎強度迅速衰減,主要原因是氧化侵蝕引起的微觀組織損壞、金屬相高溫軟化、界面結合強度降低、彈性模量降低和殘余壓應力釋放。陶瓷刀具TB20TW和TB30TW在800℃時的抗彎強度分布服從威布爾分布,且威布爾分布模數(shù)較大,高溫抗彎強度的離散性小于室溫抗彎強度。在800℃時,取可靠度為0.9時,TB30TW的抗彎強度為720MPa, TB20TW的抗彎強度為688MPa。通過三維切削有限元分析確定了Ti(C,N)基陶瓷刀具連續(xù)濕式切削馬氏體不銹鋼17-4PH的切削用量范圍。研究了陶瓷刀具TB20TW和TB30TW連續(xù)濕式切削馬氏體不銹鋼17-4PH時的切削性能。結果表明,切削速度對刀具磨損壽命的影響最大。當切削速度為150m/min、切削深度為0.25mmm、進給量為O.1mm/r時,TB20TW和TB30TW的刀具磨損壽命最長,分別為140min和170min。研究了陶瓷刀具TB20TW和TB30TW磨損形式和磨損機理。結果表明,刀具的主要失效形式是后刀面磨損,主要磨損機理是氧化磨損、溝槽磨損、擴散磨損和粘結磨損。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG711
【目錄】：

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