TiB2-Ti(C,N)復(fù)合陶瓷刀具材料研制及切削性能研究.pdf

1、本文針對陶瓷刀具材料的設(shè)計目標，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)工藝對其力學性能和微觀組織的影響，分析了芯-殼結(jié)構(gòu)燒結(jié)機理以及添加相和燒結(jié)助劑增韌補強機理;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時的切削性

2、能和刀具失效機理。
　　 實驗優(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)溫度以及保溫時間，并研究了其對力學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度隨Ti(C，N)含量和保溫時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)溫度和保溫時間的增加而增

4、大;維氏硬度隨Ti(C，N)含量和保溫時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晶粒的合并長大，提高其力學性能。燒結(jié)助劑Ni和Mo含量是18wt.％時，發(fā)生團聚，降低其力學性能。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，晶界移動的阻礙作用降低，晶粒生長增快，因此力學性能較

5、高。保溫時間為45min時，燒結(jié)助劑Ni和Mo活性較低，未能充分潤濕溶解TiB2和Ti(C，N)，各組分相分布不均勻，晶粒生長受阻，因此M23和M21抗彎強度和斷裂韌度較低。
　　 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)機理和增韌補強機理。當燒結(jié)溫度升至燒結(jié)助劑Ni和Mo共晶溫度以上時，Ni和Mo熔化形成液相，沿TiB2和Ti(C，N)晶粒晶界流動鋪展并填充晶粒間孔洞，部分過飽和的液相Ni和Mo原子在T

6、iB2晶粒表面淀析，形成芯-殼結(jié)構(gòu)。材料的主要增韌補強機理是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)晶粒拔出補強。
　　 研究了四種力學性能較好的TiB2-Ti(C，N)復(fù)合陶瓷刀具M11、M14、M20和M22的切削性能和刀具失效機理。連續(xù)切削冷作模具鋼Cr12MoV時，最優(yōu)切削用量是切削速度80m/min，切削深度0.3mm，進給量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。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，主要失效機理是磨粒磨損、粘結(jié)擴散磨損和微區(qū)脆性剝離。連續(xù)切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時，最優(yōu)切削用量是切削速度80m/min，切削深度0.2mm，進給量0.125mm/r。在此切削用量下，刀具M11、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