TiB2-(W,Ti)C復(fù)合陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究.pdf

1、TiB2基陶瓷材料難以燒結(jié)，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度低，本文針對(duì)TiB2的這一缺點(diǎn)，在復(fù)合陶瓷材料物理匹配和化學(xué)相容分析的基礎(chǔ)上，采用熱壓燒結(jié)工藝，以(W，Ti)C為添加相，以Ni、Co、(Ni，Mo)、(Ni，Co)和(Mo，Co)為金屬相，成功研制了BWT3、BWTNM和BWTNC三種新型TiB2-(W, Ti)C復(fù)合陶瓷刀具。研究了組分配比和燒結(jié)工藝對(duì)TiB2-(W，Ti)C復(fù)合陶瓷刀具材料力學(xué)性能和微觀組織的影響;分析了復(fù)合陶瓷材刀

2、具材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理;研究了TiB2-(W，Ti)C復(fù)合陶瓷刀具連續(xù)切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時(shí)的切削性能。
　　 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了TiB2-(W, Ti)C復(fù)合陶瓷刀具材料添加相(W, Ti)C含量、金屬相(Ni，Mo)含量、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間，并研究了其對(duì)陶瓷刀具材料力學(xué)性能和微觀組織的影響。在燒結(jié)溫度為1650℃、保溫時(shí)間為45min和燒結(jié)壓力為32MPa工藝下制備的陶瓷刀具材料BWT3綜合力學(xué)性能最好，其維氏硬度、抗

3、彎強(qiáng)度和斷裂韌度分別是17.29GPa、1084.13MPa和7.8MPa·m1/2。
　　 隨著(W, Ti)C含量的增加，復(fù)合材料BWT3的相對(duì)密度先增加后降低，在20vol.％時(shí)達(dá)到最大值99.08％;對(duì)應(yīng)的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度亦達(dá)到最大值，其綜合力學(xué)性能最好;但當(dāng)含量(W, Ti)C達(dá)到40vol.％時(shí)，添加相(W, Ti)C晶粒發(fā)生異常長(zhǎng)大，抗彎強(qiáng)度大幅下降。
　　 研究了(Ni，Mo)含量對(duì)材料微觀組織和力學(xué)性

4、能的影響。結(jié)果表明，材料的晶粒細(xì)小均勻，晶界結(jié)合緊密，液相(Ni，Mo)充分潤(rùn)濕TiB2晶粒邊界;隨著金屬相(Ni，Mo)含量的增加，TiB2-(W, Ti)C復(fù)合陶瓷刀具材料的氣孔減少，相對(duì)密度增加，當(dāng)(Ni，Mo)含量為10vol.％時(shí)相對(duì)密度達(dá)到最大值99.23％。維氏硬度隨著金屬相含量的增加而降低，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度均隨著金屬相含量的增加先升高后降低，在(Ni，Mo)含量為7vol.％時(shí)達(dá)到最大值。
　　 分析了Ni、C

5、o、(Ni，Mo)、(Ni，Co)和(Mo，Co)不同金屬相下TiB2-(W, Ti)C復(fù)合陶瓷刀具材物相組成及其對(duì)材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，金屬Ni、Mo和Co會(huì)與基體和添加相發(fā)生一定程度的化學(xué)反應(yīng)，但整體化學(xué)兼容性良好;對(duì)燒結(jié)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了兩種不同燒結(jié)工藝下綜合力學(xué)性能較好的陶瓷刀具材料;在燒結(jié)溫度為1650℃、保溫時(shí)間為45min和燒結(jié)壓力為32MPa工藝下制備了BWTNM，其維氏硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度分別是19.9

6、4GPa、1097.41MPa和7.56MPa·m1/2;在燒結(jié)溫度為1700℃、保溫時(shí)間為30min和燒結(jié)壓力為32MPa工藝下制備了BWTNC，其維氏硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度分別是21.81GPa、963.15MPa和7.24MPa·m1/2。
　　 分析了陶瓷刀具材料BWT3、BWTNM和BWTNC的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理。結(jié)果表明，在BWT3中，金屬相主要分布在基體TiB2和添加相(W，Ti)C所形成的晶界上，具有彌散強(qiáng)化的作用;

7、材料的增韌機(jī)理是裂紋偏轉(zhuǎn)和顆粒橋聯(lián)，其斷裂模式是沿晶斷裂和穿晶斷裂混合模式。BWTNM和BWTNC陶瓷刀具材料的主要增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理是沿晶斷裂、穿晶斷裂、裂紋偏轉(zhuǎn)和金屬相增韌。
　　 研究了BWT3陶瓷刀具切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能，并與BWTNM、BWTNC和商用刀具SG4三種刀具作對(duì)比。BWT3刀具切削時(shí)的最優(yōu)切削參數(shù)是切削速度60m/min、進(jìn)給量0.125mm/r和切削深度0.2mm。在該參數(shù)下BWT3的