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简论梯度SialonSi_3N_4梯度纳米复合陶瓷刀具研制与高速切削性能查抄袭率怎么

收藏本文 2024-03-29 点赞:12082 浏览:40086 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:镍基合金具有优良的力学性能,广泛运用于航空、航天及核工业等领域,但高速切削镍基合金时具有切削力大、切削温度高、刀具寿命低等特点,高性能刀具是镍基合金高效高质量加工的关键技术之一。本论文借鉴梯度功能材料(FGM)和纳米复合材料的探讨策略,将梯度功能复合的热应力缓解及表面压应力特性和纳米复合的强韧化机制进行有机结合,建立了梯度纳米复合陶瓷刀具材料的宏微观结构模型,系统探讨了梯度纳米复合陶瓷刀具材料的制备工艺、力学性能及微观结构、抗摩擦磨损性能、抗热冲击及热疲劳性能等,并对刀具的高速切削性能及其失效机理进行了浅析与探讨。建立了高速切削历程的非均匀热—力—化学多场耦合模型,明确梯度纳米复合刀具组分及结构的设计目标及要求。提出了梯度纳米复合陶瓷刀具材料的设计基本原则,对刀具材料“宏观”性能进行分解,以适应和抵抗非均匀多场作用,再进行各局部“微观”结构及性能设计,建立了适于高速切削的梯度纳米复合陶瓷刀具材料的宏微观结构模型。采取粉末铺填—热压烧结工艺,制备了Sialon-Si3N4梯度纳米复合陶瓷刀具材料。以刀具材料的综合力学性能最优为目标,优化了结构参数和工艺参数:GSS1力学性能在层厚比e=0.3、烧结温度T=1700℃、保温时间t=60min、压力P=35MPa时取得最优值,其最优的综合力学性能为:抗弯强度σf=980MPa、断裂韧度(表层)KIC=9.54MPa-m1/2、维氏硬度(表层)HV=16.91GPa; GSS2力学性能在e=0.3、T=1750℃, t=60min、P=35MPa时取得最优值,其最优的综合力学性能为:σf=810MPa、KIC=9.33MPa·m1/2、HV=16.98GPa。探讨了Sialon-Si3N4梯度纳米复合陶瓷刀具材料的显微组织结构、裂纹扩展形式和断裂机制。结果表明,材料断口处有显著的柱状β-Sialon晶粒和β-Si3N4晶粒的断裂、桥接及拔出等,材料的断裂机制为穿晶断裂和沿晶断裂的混合型。不同尺寸的Si3N4晶粒形成结构,使裂纹扩展时易发生晶粒的桥接和偏转。TEM浅析表明,材料的微观结构是晶内/晶间混合型,有着孪晶、位错等特点。这些特点的有着使裂纹扩展时需消耗更多的能量,以而推动了材料强度和断裂韧度的提升。探讨了Sialon-Si3N4梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗摩擦磨损性能。结果表明,在相同条件下,梯度陶瓷材料的摩擦系数和磨损率低于均质陶瓷材料的摩擦系数和磨损率。主要的滑动磨损机理是剥落、粘结磨损及磨粒磨损。梯度材料表层有着残余压应力,能够抵抗部分摩擦历程中产生拉应力,以而减小了摩擦力,提升了材料的抗摩擦磨损性能。探讨了Sialon-Si3N4梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗热冲击及热疲劳性能。结果表明,梯度纳米复合陶瓷材料的抗热冲击及热疲劳性能均优于对应的均质陶瓷材料。梯度纳米复合陶瓷材料和均质纳米复合陶瓷材料都体现为原始短裂纹的扩展特点,GSS1的临界热震温差为600℃,而GSS2、ST10及SAAT10的临界热震温差为400℃。探讨了Sialon-Si3N4梯度纳米复合陶瓷刀具高速切削Inconel718时的刀具寿命、刀具的磨损破损特点及其失效机理等。结果表明,高速车削Inconel718时,刀具耐磨性及寿命在vc=120m/min时较好,此时GSS1的切削性能优于进口刀具KY1540;梯度陶瓷刀具GSS1和GSS2的切削性能优于均质陶瓷刀具ST10和SAAT10的切削性能;刀具主要的失效机理有磨粒磨损、粘结磨损、沟槽磨损及崩刃等。高速铣削Inconel718时,最优速度范围vc=700~900m/min;梯度陶瓷刀具体现出极好的自砺性,崩刃后仍能进行正常切削,其抗沟槽磨损能力高于进口刀具KY4300;梯度陶瓷刀具主要的失效形式是剥落、崩刃及沟槽磨损;机械应力和热应力共同作用是梯度纳米复合陶瓷刀具破损的主要理由;刀具除发生破损外还有显著的磨损特点,磨损机理主要是粘结磨损和磨粒磨损。关键词:梯度纳米复合论文陶瓷刀具论文力学性能论文微观结构论文高速切削性能论文

    摘要11-13

    ABSTRACT13-16

    第1章 绪论16-28

    1.1 本课题的探讨背景16-17

    1.2 国内外的探讨近况17-26

    1.2.1 高速切削加工技术及其特点17-18

    1.2.2 高速切削刀具材料的探讨近况18-22

    1.2.3 梯度功能刀具材料的探讨近况22-23

    1.2.4 纳米复合陶瓷刀具材料的探讨近况23-25

    1.2.5 高速切削镍基高温合金的探讨近况25-26

    1.3 本课题探讨的目的和作用26

    1.4 本课题主要探讨内容和论文结构26-28

    第2章 高速切削历程多场耦合建模与浅析28-42

    2.1 高速切削历程热—力耦合建模与浅析28-36

    2.1.1 基本论述28-30

    2.1.2 有限元模型的建立30-31

    2.1.3 结果及浅析31-36

    2.2 高速切削历程热—化学耦合建模与化学相容性浅析36-41

    2.2.1 化学热力学计算策略36-37

    2.2.2 刀具材料系统内各相间的热力学计算37-40

    2.2.3 刀具材料组成相与工件材料间的热力学计算40-41

    2.3 本章小结41-42

    第3章 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的设计及制备42-56

    3.1 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的设计策略42-43

    3.2 梯度纳米复合陶瓷刀具材料系统的确定及物化相容性浅析43-46

    3.2.1 梯度纳米复合陶瓷刀具材料系统的确定43-44

    3.2.2 化学相容性浅析44-45

    3.2.3 物理匹配性浅析45-46

    3.3 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的设计46-48

    3.4 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的制备48-50

    3.4.1 原料的粒度及物理性能48

    3.4.2 材料的制备工艺48-50

    3.5 材料的性能与微观结构测试策略50-52

    3.6 梯度结构观察及物相浅析52-54

    3.6.1 梯度层结构52-53

    3.6.2 初始粉末XRD浅析53

    3.6.3 各梯度层的XRD浅析53-54

    3.7 本章小结54-56

    第4章 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能及微观结构56-74

    4.1 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的结构优化56-59

    4.2 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的工艺优化59-66

    4.2.1 烧结温度对材料性能的影响59-62

    4.2.2 保温时间对材料性能的影响62-65

    4.2.3 残余应力浅析65-66

    4.3 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的强韧化机理66-72

    4.3.1 表面压痕裂纹扩展浅析66-68

    4.3.2 微观结构的TEM浅析68-72

    4.4 本章小结72-74

    第5章 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗摩擦磨损·性能74-90

    5.1 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的摩擦磨损试验74-77

    5.1.1 试验策略74-75

    5.1.2 试样制备75-76

    5.1.3 试验结果的检测策略76-77

    5.2 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的摩擦磨损特性77-81

    5.2.1 摩擦系数77-81

    5.2.2 磨损率81

    5.3 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗磨损机理81-87

    5.4 本章小结87-90

    第6章 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗热冲击及热疲劳性能90-100

    6.1 陶瓷材料抗热震性的评价论述90-91

    6.2 试验策略91-92

    6.2.1 单次热冲击试验策略91

    6.2.2 热疲劳试验策略91-92

    6.3 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗热冲击性能92-96

    6.4 梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗热疲劳性能96-99

    6.5 本章小结99-100

    第7章 梯度纳米复合陶瓷刀具的高速切削性能探讨100-122

    7.1 高速车削镍基高温合金Inconel 718100-109

    7.1.1 试验条件100-102

    7.1.2 切屑的形态102-103

    7.1.3 切削力和切削温度103-105

    7.1.4 刀具寿命105-106

    7.1.5 磨损破损特点及损坏机理106-109

    7.1.6 加工表面粗糙度109

    7.2 高速铣削镍基高温合金Inconel 718109-121

    7.2.1 试验条件109-110

    7.2.2 切屑的形态110-112

    7.2.3 切削力和切削温度112-113

    7.2.4 刀具寿命113-114

    7.2.5 磨损破损特点及损坏机理114-120

    7.2.6 加工表面粗糙度120-121

    7.3 本章小结121-122

    结论与展望122-126

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