论文题目: 高性能金属陶瓷刀具材料的研制及其切削性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 王随莲
导师: 黄传真
关键词: 纳米改性金属陶瓷,力学性能,微观结构,刀具磨损,切削性能
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 金属陶瓷刀具的硬度比硬质合金高,抗弯强度和断裂韧性比陶瓷刀具高,更适合加工淬硬钢、高强度钢。因此有必要研究高性能金属陶瓷刀具材料,促进其实际应用。 微米和纳米改性金属陶瓷刀具材料是陶瓷材料研究的重要领域,本文利用微米级Ti（C,N）金属陶瓷为基体,分别添加了纳米级Al2O3和Ti（C,N）研制出了性能优良的纳米改性金属陶瓷刀具材料。研究了烧结工艺和添加剂（Cr3C2、VC、La2O3和Y2O3）对材料体系Ti（C,N）-Ni-Co显微组织和力学性能的影响。对高性能金属陶瓷刀具材料的力学性能、微观结构和切削性能进行了详细的研究。 根据金属陶瓷的设计原则,确定了Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料的材料体系,以Ti（C,N）固溶体为基体,添加的粘结金属为Ni和Co或Ni和Mo,添加剂为VC、Cr3C2、La2O3、Y2O3、Al2O3和MgO等。优化了热压烧结工艺,确定了合适的烧结工艺:烧结温度为1450℃,压力为25MPa,保温时间为30min。 系统研究了添加剂（Cr3C2、VC、La2O3和Y2O3）对材料体系Ti(C0.7N0.3)-Ni-Co显微组织和力学性能的影响。结果表明:VC对金属陶瓷刀具材料Ti（C,N）-（Ni-Co）-Cr3C2-VC的力学性能的影响很大,随着VC含量的增加,材料的抗弯强度基本呈下降趋势,而硬度和断裂韧性呈上升趋势,VC的含量为0.8wt%时抗弯强度达到最大,为981MPa,VC的含量为16%的时硬度和断裂韧性达到最大,但是其综合力学性能最好。在烧结温度为1450℃,压力为25MPa,保温时间为30min的条件下,添加稀土氧化物（La2O3和Y2O3）可提高材料的断裂韧性,达到增韧效果,但没发现其增强效果。 系统研究了纳米Al2O3和纳米Ti（C,N）改性Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能。结果表明,纳米Al2O3的添加可明显提高材料的硬度和断裂韧性,材料的综合力学性能得到提高,材料的体系为:Ti(C0.7N0.3)-（Ni-Mo）-Cr2C3-Al2O3-MgO,Al2O3的含量为10%和12%（质量百分比）,材料的综合力学性能最好:强度分别为925和900MPa,硬度分别为18.4和17.4GPa,断裂韧性分
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 金属陶瓷刀具的研究和发展概况
1.1.1 切削刀具的研究进展
1.1.2 陶瓷刀具材料的研究现状
1.1.3 金属陶瓷刀具材料的研究现状
1.1.4 Ti(C，N)基金属陶瓷的研究现状
1.1.4.1 概述
1.1.4.2 Ti(C，N)基金属陶瓷的微观结构
1.1.4.3 Ti(C，N)基金属陶瓷特点
1.2 纳米改性金属陶瓷的研究现状
1.2.1 纳米材料简介
1.2.2 纳米改性金属陶瓷
1.3 本文的研究目的、意义和主要研究内容
1.3.1 研究的目的及其意义
1.3.2 本文研究的主要内容
第2章 微米级 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料的研制
2.1 概述
2.2 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料的设计
2.2.1 金属陶瓷复合刀具材料粒度的选择
2.2.2 相间的热力学共容性
2.2.3 相间的热力学共存性
2.2.4 固态物质的表面能
2.2.5 表面张力和液相对固相的润湿
2.2.6 材料体系的确定
2.3 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料的制备工艺
2.3.1 烧结方法的选择
2.3.2 材料制备工艺流程
2.4 材料力学性能的测试方法
2.5 烧结温度对刀具材料力学性能的影响
2.5.1 实验方法
2.5.2 烧结温度对刀具材料力学性能的影响
2.5.3 烧结温度对刀具材料显微结构的影响
2.6 添加剂对刀具材料 Ti(C_(0.7)N_(0.3)-Ni-Co力学性能和显微结构的影响
2.6.1 VC含量的影响
2.6.1.1 实验过程
2.6.1.2 VC含量对刀具材料力学性能和显微结构的影响
2.6.2 稀土氧化物含量的影响
2.6.2.1 实验方法
2.6.2.2 稀土氧化物含量对材料力学性能和显微结构的影响
2.7 烧结工艺对刀具材料 Ti(C_(0.7)N_(0.3))-Ni-Co-Cr_3C_2-VC力学性能和显微组织的影响
2.7.1 烧结温度对力学性能和显微组织的影响
2.7.2 保温时间对力学性能和显微组织的影响
2.7.3 两种配方的对比
2.8 本章小结
第3章 纳米改性金属陶瓷刀具材料的研制
3.1 引言
3.2 纳米陶瓷材料的特殊性能
3.3 纳米复合陶瓷的微观结构和强韧化机理
3.3.1 微观结构
3.3.2 强韧化机理
3.4 纳米 Al_2O_3改性 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料的制备、微观结构和力学性能
3.4.1 实验过程
3.4.2 Al_2O_3含量对刀具材料显微结构的影响
3.4.3 Al_2O_3含量对刀具材料力学性能的影响
3.5 纳米 Ti(C，N)改性 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料的制备、微观结构和力学性能
3.6 本章小结
第4章 纳米改性金属陶瓷刀具材料的增韧机理研究
4.1 第二相颗粒增韧补强
4.2 纳米改性金属陶瓷刀具材料的增韧机理研究
4.2.1 断裂模式的改变
4.2.2 多条裂纹的产生
4.2.3 显微结构的变化
4.3 金属陶瓷刀具材料晶粒生长模型
4.3.1 晶粒生长模型的建立
4.3.2 晶粒生长模型的验证和应用
4.4 本章小结
第5章 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具的切削性能研究
5.1 连续切削铸铁的切削性能
5.1.1 实验条件
5.1.2 实验结果
5.1.3 磨损特性与磨损机理
5.2 连续切削退火45钢时的切削性能
5.2.1 实验条件
5.2.2 实验结果
5.2.3 磨损特性与磨损机理
5.3 连续切削淬硬45钢时的切削性能
5.3.1 实验条件
5.3.2 实验结果
5.3.3 磨损特性与磨损机理
5.4 n-Al_2O_3系列刀具连续切削40Cr钢时的切削性能
5.4.1 实验条件
5.4.2 实验结果
5.5 n-Al_2O_3系列刀具连续切削普通45钢时的切削性能
5.5.1 实验条件
5.5.2 实验结果
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间所发表的学术论文
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2006-05-30
参考文献
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- [2].切削加工过程中刀具磨损的智能监测技术研究[D]. 高宏力.西南交通大学2005
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