梯度納米復合陶瓷刀具材料的制備及性能研究.pdf

1、本文在納米陶瓷刀具材料的基礎上引入梯度功能概念，成功制備出新型的Al2O3基梯度納米復合刀具材料。研究了其力學性能、微觀結構、壓痕裂紋擴展形態(tài)。采用有限元法對其抗熱震性能和切削過程進行了仿真研究，并通過316L不銹鋼切削試驗，研究了Al2O3基梯度納米復合刀具的切削性能及失效機理。 通過合理選擇制備工藝參數(shù)，當基體Al2O3的體積含量為54％、TiCN含量為45％、MgO和NiO各為5％時，在燒結溫度1650℃、燒結壓力30MP

2、a、保溫時間10min，獲得綜合性能較好的梯度納米復合陶瓷材料，抗彎強度為810MPa、硬度19.5GPa、斷裂韌性6.6MPa·ml/2。斷口微觀結構分析表明，梯度納米復合陶瓷刀具為主要以穿晶斷裂為主；在壓痕擴展路徑上存在裂紋偏轉(zhuǎn)、橋聯(lián)和裂紋分叉現(xiàn)象，這些都有利于提高材料的力學性能。 采用有限元軟件ANSYS仿真了Al2O3基梯度納米復合刀具材料的瞬態(tài)溫度場及熱應力場，分析了層厚比、體積分數(shù)組成等結構參數(shù)對抗熱震性的影響。通過

3、仿真研究優(yōu)化了梯度結構參數(shù)。 采用有限元軟件DERORM-2D對Al2O3基梯度納米復合刀具切削加工316L不銹鋼的過程進行建模和仿真，研究了溫度場、應力場、切削力與切削速度的關系。結果表明：Al2O3基梯度納米復合刀具溫度隨著切削速度的增加而增大，切削溫度低于均質(zhì)陶瓷刀具；刀具應力隨著切削速度的增加也增大，在較大速度范圍內(nèi)比均質(zhì)陶瓷刀具應力小。切削力隨著削速度的增加而減小，與均質(zhì)陶瓷刀具相比，切削力相差不大。 通過連續(xù)