论文题目: Si3N4/TiC纳米复合陶瓷刀具材料的研制及其性能研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 丁代存
导师: 赵军
关键词: 陶瓷刀具,纳米复合陶瓷,增韧机理,残余热应力
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以Si3N4为基体,以纳米TiC为增韧补强相,以材料的力学性能为优化目标,研制成功了一种纳米复合陶瓷刀具材料Si3N4/TiC（nano）（以ST表示）。并对其烧结性能,力学性能,摩擦磨损性能以及刀具的切削性能进行了研究。ST陶瓷刀具的力学性能参数为:抗弯强度为920MPa,断裂韧性为7.2MPa·m1/2,维氏硬度为16.8GPa。本文还以Si3N4/TiC（nano）纳米复合陶瓷材料为例,研究了纳米复合陶瓷材料的增韧机理。 研究了ST系列纳米复合陶瓷刀具材料的制备工艺,纳米TiC的含量对陶瓷刀具材料的微观结构和力学性能的影响,研究了烧结助剂含量对材料的烧结性能、力学性能和微观结构的影响规律;对烧结温度、烧结时间等工艺参数对材料力学性能、微观结构和致密度的影响进行了分析。 从Si3N4/TiC（nano）纳米复合陶瓷刀具材料的断裂行为和残余应力两方面对纳米复合陶瓷材料的强韧化机理进行了分析。断裂行为研究表明:裂纹扩展过程中遇到纳米TiC颗粒时,裂纹将发生偏转、扭曲、分叉、终止。由于残余应力的存在,材料在发生断裂时,裂纹倾向于在颗粒处钉扎或穿过晶粒,裂纹的偏转、钉扎和断裂模式的改变都可使材料的韧性得以提高。 对Si3N4/TiC体积比分别为82/10、72/20、62/30的三种材料抗磨损对比试验,结果表明体积配比为62/30的材料耐磨性最好,几种材料的磨损机理基本相同,主要是塑性变形、粘着磨损和分层剥落。 通过对淬火45#钢、灰铸铁进行连续切削试验和断续切削试验,研究了Si3N4/TiC纳米复合陶瓷刀具材料的切削性能,并分别与SG-4、LT55、SNM88陶瓷刀具进行了对比,结果表明所开发的陶瓷刀具具有较好的抗磨损、抗破损性能。
论文目录:
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1．1 国内外研究概况
1．1．1 陶瓷刀具材料的发展
1．1．2 氮化硅基陶瓷刀具的研究现状
1．1．3 纳米复合陶瓷材料的研究现状
1．1．4 陶瓷材料增韧补强机理的研究现状
1．2 本课题研究的目的、意义及主要内容
1．2．1 课题的提出及研究意义
1．2．2 课题的主要研究内容
第2章 Si_3N_4/TiC_(nano)陶瓷刀具材料的研制
2．1 原料
2．2 烧结助剂的选择
2．3 原料的分散与混合
2．3．1 TiC纳米粉体的分散
2．3．2 粉料混合
2．4 热压烧结
2．4．1 烧结温度的确定
2．4．2 烧结保温时间的确定
2．5 力学性能与微观结构的测定方法
2．5．1 力学性能测试方法
2．5．2 相组成与微观结构
2．6 制备工艺的优化
2．6．1 添加剂含量对材料力学性能的影响
2．6．2 主体相配比的优化
2．6．3 热压工艺参数的优化
2．7 相组成及显微结构分析
2．8 本章小结
第3章 Si_3N_4/TiC_(nano)纳米复合陶瓷强韧化机理分析
3．1 陶瓷材料强韧化的基本理论
3．2 Si_3N_4/TiC_(nano)纳米复合陶瓷材料断裂行为的研究
3．2．1 裂纹扩展的基本概念
3．2．2 压痕法观察裂纹扩展
3．2．3 TEM观察裂纹扩展
3．2．4 裂纹扩展机制
3．3 残余应力对材料韧性的影响
3．3．1 基体材料的热膨胀系数各向异性引发的残余热应力
3．3．2 纳米颗粒和基体热胀失配产生的残余应力
3．3．3 纳米颗粒引发的残余热应力对陶瓷断裂韧性的影响
3．3．4 残余应力场增韧机制
3．4 本章小结
第4章 Si_3N_4/TiC_(nano)陶瓷刀具材料摩擦磨损性能分析
4．1 Si_3N_4/TiC_(nano)陶瓷材料的抗磨损性能试验
4．1．1 试验条件
4．1．2 试验结果
4．2 磨损机理分析
4．2．1 低负载下的磨损机理
4．2．2 高负载下的磨损机理
4．3 本章小结
第5章 Si_3N_4/TiC_(nano)陶瓷刀具切削性能研究
5．1 切削钢料时的切削性能
5．1．1 试验条件
5．1．2 试验结果
5．2 切削铸铁时的切削性能
5．2．1 试验条件
5．2．2 试验结果
5．3 磨损机理分析
5．4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-10-17
参考文献
- [1].多刃PCD刀具的钎焊试验研究[D]. 方宇.大连理工大学2018
- [2].不锈钢钻扩削性能及刀具磨损监测研究[D]. 裴江涛.大连理工大学2018
- [3].铣削碳纤维复合材料刀具磨损及表面质量试验研究[D]. 杨辰.哈尔滨理工大学2018
- [4].0Cr13不锈钢插铣加工过程中刀具磨损研究及其刃口结构优选[D]. 杨天旭.哈尔滨理工大学2018
- [5].Ti-5553高温动态力学性能及其与刀具材料匹配性试验研究[D]. 王明明.哈尔滨理工大学2018
- [6].低温微量润滑高速铣削300M钢刀具磨损机理研究及模型建立[D]. 刘国梁.哈尔滨理工大学2018
- [7].硬质合金插铣刀具的切削性能研究[D]. 刘舒雨.哈尔滨理工大学2018
- [8].42CrMo钢的刀具材料匹配及切削性能分析[D]. 李刚.山东大学2018
- [9].微热管沟槽犁削—拉压成形仿真及刀具优化研究[D]. 李南鹏.福建农林大学2018
- [10].TBM刀具材料力学性能测试分析[D]. 张孟琦.吉林大学2018
相关论文
- [1].新型Si3N4基微纳米复合陶瓷刀具材料制备与切削性能的研究[D]. 丁明峰.山东建筑大学2013
- [2].Si3N4基陶瓷刀具材料的制备与性能研究[D]. 朱福生.东北大学2010
- [3].Al2O3/Ti（C，N）基和Si3N4基陶瓷刀具材料的制备[D]. 苏利红.东北大学2008
- [4].梯度纳米复合陶瓷刀具材料的制备及性能研究[D]. 张凯.山东大学2009
- [5].Al2O3/TiC/WC纳米复合陶瓷刀具的研制及切削性能[D]. 袁训亮.山东大学2008
- [6].Ti（C，N）基金属陶瓷刀具切削性能的研究[D]. 陈焱.合肥工业大学2007
- [7].纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具及切削性能研究[D]. 钟金豹.山东大学2007
- [8].新型Al2O3基陶瓷刀具材料摩擦磨损特性的研究[D]. 姚淑卿.山东大学2005
- [9].新型Ti（C，N）基金属陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究[D]. 徐立强.山东大学2005