Al2O3-TiC微疊層復合陶瓷刀具的研制及切削性能研究.pdf

1、微疊層復合陶瓷刀具材料是一種仿生結構材料，它模擬了自然界中貝殼的微觀組織，可有效提高陶瓷材料的斷裂韌度，成為當前陶瓷材料的研究熱點。本研究的目的是研制微疊層復合陶瓷刀具，用于加工鎳基高溫合金，提高其加工效率。
　　 根據(jù)微疊層復合陶瓷刀具材料基體層與微疊層選用原則，本研究選用Al2O3-TiN-(W, Ti)C為基體層材料，代號為ANWT，選用Al2O3-TiC為微疊層材料，代號為Al5T;層數(shù)選定為5、7和9層，微疊層厚度選定

2、為200μm、150μm和100μm。
　　 優(yōu)化了Al2O3-TiC微疊層復合陶瓷刀具材料的燒結溫度和保溫時間。結果表明，最佳燒結溫度和保溫時間分別是1650℃和30min。當燒結溫度過高或過低時，微疊層復合陶瓷刀具材料的晶粒大小不均勻，界面結合疏松。當保溫時間延長時，材料的力學性能先升高后降低，保溫時間延長到50min時，基體層和微疊層材料的晶粒迅速長大，降低了材料的力學性能。
　　 用ABAQUS有限元軟件分析微疊

3、層復合陶瓷刀具材料的殘余應力。由于微疊層復合陶瓷材料中基體層與微疊層之間熱膨脹系數(shù)失配，在基體層中產(chǎn)生徑向殘余拉應力，在微疊層中產(chǎn)生徑向殘余壓應力，提高微疊層復合陶瓷材料的力學性能。
　　 研究了層數(shù)與微疊層層厚對Al2O3-TiC微疊層復合陶瓷刀具材料力學性能、殘余應力和微觀組織的影響。結果表明，當層數(shù)增多、微疊層層厚減小時，微疊層復合陶瓷刀具材料的力學性能提高。材料界面處結合緊密，晶粒大小均勻。隨著層數(shù)的增多，微疊層內(nèi)的徑向

4、殘余壓應力逐漸減小，基體的徑向殘余拉應力逐漸增大。隨著微疊層層厚減小，微疊層內(nèi)徑向殘余壓應力增大，有效提高材料力學性能。
　　 研制了三種性能較好的Al2O3-TiC微疊層復合陶瓷刀具A9-200、A5-100和A7-100。層數(shù)為9層、層厚為200μm時的A9-200正面等效抗彎強度和側面等效抗彎強度分別為1155MPa和975MPa，微疊層硬度和基體硬度分別為17.54GPa和18.21GPa，微疊層斷裂韌度和基體斷裂韌度分

5、別為8.14MPa·m1/2和7.82MPa·m1/2。層數(shù)為5層、層厚為100μm時的A5-100正面等效抗彎強度和側面等效抗彎強度分別為1166MPa和878MPa，微疊層硬度和基體硬度分別為17.3GPa和17.76GPa，微疊層斷裂韌度和基體斷裂韌度分別為7.74MPa·m1/2和7.21MPa·m1/2。層數(shù)為7層、層厚為l00μm時的A7-100正面等效抗彎強度和側面等效抗彎強度分別為1132MPa和934MPa，微疊層硬度

6、和基體硬度分別為17.59GPa和17.85GPa，微疊層斷裂韌度和基體斷裂韌度分別為7.94MPa·m1/2和7.71MPa·m1/2。
　　 研究了Al2O3-TiC微疊層復合陶瓷刀具A9-200、A5-100和A7-100加工鎳基高溫合金GH4169時的切削性能，并與商用刀具SG4進行了對比。優(yōu)化了微疊層復合陶瓷刀具A9-200切削鎳基高溫合金時的切削用量，其最優(yōu)切削用量是切削速度為40m/min，切削深度為0.5mm，進