新型Si3N4基微納米復合陶瓷刀具材料制備與切削性能的研究.pdf

1、陶瓷刀具材料具有高硬度、高強度和良好的耐磨性，在難加工材料的切削加工和提高加工效率等方面有著巨大優(yōu)勢，在切削加工領(lǐng)域有很廣闊的應(yīng)用前景。本文針對目前陶瓷刀具材料斷裂韌性和抗彎強度低的缺點，在微米級Si3N4、TiC粉體中添加納米級Si3N4、SiC顆粒，采用熱壓燒結(jié)工藝制備出新型Si3N4基微納米復合陶瓷刀具ST3，并對其力學性能、微觀結(jié)構(gòu)、裂紋擴展形態(tài)進行了研究。ST3陶瓷刀具的力學性能參數(shù)為:抗彎強度1000Mpa，斷裂韌性為8.5

2、MPa·m1/2，維氏硬度為19.5GPa。
　　 本文研究了微納米復合陶瓷材料ST3的宏微觀設(shè)計、組分配比和增韌機理，ST系列微納米復合陶瓷刀具材料的制備工藝及其優(yōu)化，探討了各組分含量對陶瓷刀具材料的微觀結(jié)構(gòu)和力學性能的影響，并對燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間等工藝參數(shù)進行了分析。
　　 通過干切削試驗，對比所制備刀具ST3與外購Si3N4基陶瓷刀具FD-01干切削淬硬40CrNiMoA和T10A棒料的切削性能，研究了刀具的磨損機

3、理。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和USB顯微鏡，分析了刀具前、后刀面的磨損形貌，研究刀具材料的磨損機理。
　　 結(jié)果表明:刀具材料中氮化硅形成柱狀β-Si3N4，不同長徑比的柱狀的β-Si3N4晶粒相互交錯。陶瓷材料斷口表面凹凸不平，有明顯的晶粒拔出現(xiàn)象。在微米級粉體中添加納米級顆粒增韌后，強度和硬度都得到了較大提高。顆粒增韌、裂紋橋接和裂紋偏轉(zhuǎn)是刀具材料主要的強韌機制。
　　 干切削淬硬40CrNiMoA時，ST3切削