自潤滑復(fù)合疊層陶瓷拉拔模具成形及摩擦磨損性能研究.pdf

1、拉拔加工過程中，模具與被加工線材接觸區(qū)域處于高溫高壓、滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，劇烈的摩擦磨損會(huì)導(dǎo)致模具失效，引起線材表面質(zhì)量和機(jī)械性能的下降。因此提高拉拔模具減摩抗磨性能，延長模具使用壽命對(duì)拉拔加工行業(yè)具有重要意義。在耐磨性研究方面，模具的耐磨性與材料硬度、韌性及潤滑狀況密切相關(guān)。本論文將仿生摩擦學(xué)、表面工程學(xué)等基礎(chǔ)理論與拉拔模具實(shí)際受力情況相結(jié)合，提出通過疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)辦法來改善拉拔模具耐磨性和斷裂韌性，成功制備出自潤滑復(fù)合疊層陶瓷拉拔模具，并對(duì)

2、其物理機(jī)械性能、摩擦磨損性能、疊層結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及拉拔性能進(jìn)行了分析研究。
　　將Al2O3-TiC-CaF2陶瓷材料和Al2O3-TiC陶瓷材料進(jìn)行分層疊加，通過真空熱壓燒結(jié)方法制備出Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2自潤滑復(fù)合疊層陶瓷材料，并對(duì)其進(jìn)行物理機(jī)械性能和顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明:自潤滑復(fù)合疊層陶瓷材料具有較高的相對(duì)密度，結(jié)構(gòu)致密;維氏硬度為20±0.3 GPa，斷裂韌性為5.0±0.3 MPa·m1/2，

3、在平行于疊層方向和垂直于疊層方向上的抗彎強(qiáng)度分別為342±3MPa和355±3MPa，材料整體性較好，力學(xué)性能均勻，克服了弱疊層陶瓷材料各向異性的缺點(diǎn);層間斷面處存在裂紋偏轉(zhuǎn)，各單層材料斷裂時(shí)以穿晶斷裂為主。
　　干摩擦條件下對(duì)自潤滑復(fù)合疊層陶瓷材料進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，研究分析其自潤滑特性、摩擦因數(shù)和磨損率的變化情況以及磨損機(jī)制等。結(jié)果表明:由于摩擦副相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的“拖覆”作用，使得Al2O3-TiC-CaF2材料層的固體潤滑劑Ca

4、F2被拖覆到Al2O3-TiC材料層表面，Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2陶瓷材料整體表現(xiàn)出自潤滑特性;材料摩擦因數(shù)和磨損率較低且均隨著實(shí)驗(yàn)載荷和轉(zhuǎn)速的升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，減摩抗磨性能好;磨損機(jī)制主要是磨粒磨損和粘著磨損。
　　通過顯微壓痕強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和有限元方法對(duì)不同疊層結(jié)構(gòu)的自潤滑復(fù)合疊層陶瓷拉拔模具進(jìn)行硬度、斷裂韌性的測量和殘余應(yīng)力的分析。結(jié)果表明:疊層數(shù)目為5，層厚比為1∶1時(shí)，疊層陶瓷試樣具有較高的硬度和斷裂韌

5、性和較好的層間殘余應(yīng)力分布情況，自潤滑復(fù)合疊層陶瓷拉拔模具的機(jī)械性能最好，其硬度和斷裂韌性分別為18.3±0.3 GPa和5.75±0.2 MPa·m1/2。
　　通過有限元方法和干摩擦條件下自潤滑復(fù)合疊層陶瓷拉拔模具的拉拔實(shí)驗(yàn)，對(duì)拉拔加工過程中模具受力和拉拔力變化情況進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):有限元模擬過程中所得拉拔力數(shù)值與理論公式計(jì)算所得的拉拔力數(shù)值相差不大，實(shí)際測量拉拔力數(shù)值小于模擬結(jié)果和計(jì)算結(jié)果;拉拔加工過程中，拉拔力隨著拉拔速