TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料研制及切削性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、本文針對(duì)陶瓷刀具材料的設(shè)計(jì)目標(biāo),采用真空熱壓燒結(jié)工藝,制備了TiB2為基體相,Ti(C,N)為添加相以及Ni和Mo為燒結(jié)助劑的TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料,并研究了TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料組分配比和燒結(jié)工藝對(duì)其力學(xué)性能和微觀組織的影響,分析了芯-殼結(jié)構(gòu)燒結(jié)機(jī)理以及添加相和燒結(jié)助劑增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理;研究了TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具連續(xù)切削冷作模具鋼Cr12MoV和奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時(shí)的切削性

2、能和刀具失效機(jī)理。
   實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料添加相Ti(C,N)含量、燒結(jié)助劑Ni和Mo含量、燒結(jié)溫度以及保溫時(shí)間,并研究了其對(duì)力學(xué)性能和微觀組織的影響。研究表明,TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料的最佳配比和燒結(jié)工藝是M11、M14、M20和M22四種材料,其平均抗彎強(qiáng)度分別是988.4MPa、883.7MPa、898.9MPa和897.8MPa;其平均斷裂韌度分別是8.14MPa·m1/

3、2、7.95MPa·m1/2、7.94MPa·m1/2和7.85MPa·m1/2;其平均維氏硬度分別是24.35GPa、23.41GPa、23.22GPa和22.88GPa。
   TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料的抗彎強(qiáng)度隨Ti(C,N)含量和保溫時(shí)間的增加而先增大后降低,隨Ni和Mo含量以及燒結(jié)溫度的增加而增大;斷裂韌度隨Ti(C,N)含量的增加而變化較小,隨Ni和Mo含量的增加而降低,隨燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的增加而增

4、大;維氏硬度隨Ti(C,N)含量和保溫時(shí)間的增加而先增大后降低,隨Ni和Mo含量以及燒結(jié)溫度的增加而增大。
   Ti(C,N)抑制了TiB2晶粒的長(zhǎng)大,Ni和Mo提高了材料致密度,并生成包裹相抑制了TiB2晶粒的合并長(zhǎng)大,提高其力學(xué)性能。燒結(jié)助劑Ni和Mo含量是18wt.%時(shí),發(fā)生團(tuán)聚,降低其力學(xué)性能。隨著燒結(jié)溫度的提高,燒結(jié)助劑Ni和Mo活性增加,內(nèi)部孔洞減少,致密度增加,晶界移動(dòng)的阻礙作用降低,晶粒生長(zhǎng)增快,因此力學(xué)性能較

5、高。保溫時(shí)間為45min時(shí),燒結(jié)助劑Ni和Mo活性較低,未能充分潤(rùn)濕溶解TiB2和Ti(C,N),各組分相分布不均勻,晶粒生長(zhǎng)受阻,因此M23和M21抗彎強(qiáng)度和斷裂韌度較低。
   分析了TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料晶粒芯-殼結(jié)構(gòu)燒結(jié)機(jī)理和增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理。當(dāng)燒結(jié)溫度升至燒結(jié)助劑Ni和Mo共晶溫度以上時(shí),Ni和Mo熔化形成液相,沿TiB2和Ti(C,N)晶粒晶界流動(dòng)鋪展并填充晶粒間孔洞,部分過(guò)飽和的液相Ni和Mo原子在T

6、iB2晶粒表面淀析,形成芯-殼結(jié)構(gòu)。材料的主要增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理是Ti(C,N)引起的裂紋偏轉(zhuǎn)增韌、Ni和Mo包裹相裂紋屏蔽增韌及Ti(C,N)晶粒拔出補(bǔ)強(qiáng)。
   研究了四種力學(xué)性能較好的TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具M(jìn)11、M14、M20和M22的切削性能和刀具失效機(jī)理。連續(xù)切削冷作模具鋼Cr12MoV時(shí),最優(yōu)切削用量是切削速度80m/min,切削深度0.3mm,進(jìn)給量0.1mm/r。在此切削用量下,與SG4相比,M11刀具

7、切削性能較差,M14和M22切削性能較好,刀具壽命較長(zhǎng)。M11的主要失效形式是前后刀面磨損和破損,M14、M20、M22和SG4的主要失效形式是后刀面磨損,主要失效機(jī)理是磨粒磨損、粘結(jié)擴(kuò)散磨損和微區(qū)脆性剝離。連續(xù)切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時(shí),最優(yōu)切削用量是切削速度80m/min,切削深度0.2mm,進(jìn)給量0.125mm/r。在此切削用量下,刀具M(jìn)11、M14、M20和M22的切削性能均較差。刀具主要失效形式是后刀面破損,主要失

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