摘要：微叠层复合陶瓷刀具材料是一种仿生结构材料,它模拟了自然界中贝壳的微观组织,可有效提升陶瓷材料的断裂韧度,成为当前陶瓷材料的探讨热点。本探讨的目的是研制微叠层复合陶瓷刀具,用于加工镍基高温合金,提升其加工效率。根据微叠层复合陶瓷刀具材料基体层与微叠层选用原则,本探讨选用Al2O3-TiN-(W,Ti)C为基体层材料,代号为ANWT,选用Al2O3-TiC为微叠层材料,代号为A15T；层数选定为5、7和9层,微叠层厚度选定为200μm、150μm和100μm。优化了Al2O3-TiC微叠层复合陶瓷刀具材料的烧结温度和保温时间。结果表明,最佳烧结温度和保温时间分别是1650℃和30min。当烧结温度过高或过低时,微叠层复合陶瓷刀具材料的晶粒大小不均匀,界面结合疏松。当保温时间延长时,材料的力学性能先升高后降低,保温时间延长到50min时,基体层和微叠层材料的晶粒迅速长大,降低了材料的力学性能。用ABAQUS有限元软件浅析微叠层复合陶瓷刀具材料的残余应力。由于微叠层复合陶瓷材料中基体层与微叠层之间热膨胀系数失配,在基体层中产生径向残余拉应力,在微叠层中产生径向残余压应力,提升微叠层复合陶瓷材料的力学性能。探讨了层数与微叠层层厚对Al2O3-TiC微叠层复合陶瓷刀具材料力学性能、残余应力和微观组织的影响。结果表明,当层数增加、微叠层层厚减小时,微叠层复合陶瓷刀具材料的力学性能提升。材料界面处结合紧密,晶粒大小均匀。随着层数的增加,微叠层内的径向残余压应力逐渐减小,基体的径向残余拉应力逐渐增大。随着微叠层层厚减小,微叠层内径向残余压应力增大,有效提升材料力学性能。研制了三种性能较好的Al2O3-TiC微叠层复合陶瓷刀具A9-200、A5-100和A7-100。层数为9层、层厚为200μm时的A9-200正面等效抗弯强度和侧面等效抗弯强度分别为1155MPa和975MPa,微叠层硬度和基体硬度分别为17.54GPa和18.21GPa,微叠层断裂韧度和基体断裂韧度分别为8.14MPa·m1/2和7.82MPa·m1/2。层数为5层、层厚为100μm时的A5-100正面等效抗弯强度和侧面等效抗弯强度分别为1166MPa和878MPa,微叠层硬度和基体硬度分别为17.3GPa和17.76GPa,微叠层断裂韧度和基体断裂韧度分别为7.74MPa·m1/2和7.21MPa·m1/2。层数为7层、层厚为100μm时的A7-100正面等效抗弯强度和侧面等效抗弯强度分别为1132MPa和934MPa,微叠层硬度和基体硬度分别为17.59GPa和17.85GPa,微叠层断裂韧度和基体断裂韧度分别为7.94MPa·m1/2和7.71MPa·m1/2。探讨了Al2O3-TiC微叠层复合陶瓷刀具A9-200、A5-100和A7-100加工镍基高温合金GH4169(?)寸的切削性能,并与商用刀具SG4进行了比较。优化了微叠层复合陶瓷刀具A9-200切削镍基高温合金时的切削用量,其最优切削用量是切削速度为40m/min,切削深度为0.5mm,进给量为0.125r/min。在最优切削用量下,微叠层复合陶瓷刀具A9-200的切削性能最好,SG4的切削性能最差,切削距离不到30m。三种微叠层复合陶瓷刀具的主要磨损机理是粘结磨损、扩散磨损和边界磨损。关键词：微叠层论文陶瓷刀具论文微观组织论文切削性能论文
目录5-8
TABLE OF CONTENTS8-11
摘要11-13
ABSTRACT13-16
第1章 绪论16-24
1.1 叠层复合陶瓷材料探讨近况16-22
1.1.1 叠层复合概念的提出16
1.1.2 叠层复合陶瓷材料探讨近况16-18
1.1.3 微叠层复合陶瓷材料探讨近况18-19
1.1.4 叠层复合材料制备工艺19-21
1.1.5 叠层复合陶瓷材料制备损伤类型21-22
1.2 有着的不足22
1.3 探讨目的和作用22-23
1.4 探讨内容23-24
第2章 原材料的选取与工艺确定24-30
2.1 微叠层复合陶瓷刀具材料的设计24-27
2.1.1 基体层材料与微叠层材料的选取24-26
2.1.2 制备工艺的制定26-27
2.1.3 层数的选取27
2.1.4 微叠层层厚的选取27
2.2 本章小结27-30
第3章 Al_2O_3-TiC微叠层复合陶瓷刀具材料烧结工艺优化30-46
3.1 微叠层复合陶瓷刀具材料力学性能测试策略30-32
3.1.1 抗弯强度30-31
3.1.2 维氏硬度与断裂韧度31-32
3.1.3 微观组织32
3.2 优化工艺案例32
3.3 烧结温度的优化32-39
3.3.1 烧结温度对材料力学性能的影响32-34
3.3.2 烧结温度对材料残余应力的影响34-35
3.3.3 烧结温度对材料微观组织的影响35-39
3.4 保温时间的优化39-43
3.4.1 保温时间对材料力学性能的影响39-41
3.4.2 保温时间对材料微观组织的影响41-43
3.5 本章小结43-46
第4章 Al_2O_3-TiC微叠层复合陶瓷刀具材料的力学性能、残余应力和微观组织浅析46-62
4.1 层数对材料力学性能、残余应力及微观组织的影响46-54
4.1.1 层数对材料力学性能的影响46-47
4.1.2 层数对材料残余应力的影响47-50
4.1.3 层数对材料微观组织的影响50-54
4.2 微叠层层厚对材料力学性能、残余应力及微观组织影响54-60
4.2.1 微叠层层厚对材料力学性能的影响54-56
4.2.2 微叠层层厚对材料残余应力的影响56
4.2.3 微叠层层厚对材料微观组织的影响56-60
4.3 微叠层复合陶瓷刀具材料增韧机理探讨60-61
4.3.1 微叠层对裂纹的偏折作用60
4.3.2 微叠层残余压应力对材料的增韧作用60-61
4.4 本章小结61-62
第5章 Al_2O_3-TiC微叠层复合陶瓷刀具的切削性能探讨62-70
5.1 实验案例62-63
5.2 切削用量优化63-66
5.2.1 切削速度优化63-64
5.2.2 切削深度优化64-65
5.2.3 进给量优化65-66
5.3 刀具磨损机理浅析66-68
5.4 本章小结68-70
结论与展望70-74
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