納米氧化鋯增韌氧化鋁基陶瓷刀具及切削性能研究.pdf

1、本文在微米級(jí)氧化鋁基體中添加納米氧化鋯，利用氧化鋯的相變?cè)鲰g作用和納米顆粒增韌作用來(lái)協(xié)同增韌基體材料。成功研制了納米氧化鋯增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料，系統(tǒng)研究了其燒結(jié)工藝、力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，分析了影響四方相氧化鋯穩(wěn)定性的各因素，研究了新型陶瓷刀具的切削性能。 研制成功了納米ZrO<,2>增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料A15Zc和A20Z(c+m)，其最佳燒結(jié)工藝條件為燒結(jié)溫度1550℃、保溫30min和壓力30MPa，A15

2、Zc的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌度和維氏硬度分別為812.83MPa、5.5MPa·m<'1/2>和16.68GPa，而A20Z(c+m)材料的力學(xué)性能分別為869.48MPa、5.85MPa·m<'1/2>和16.09GPa。刀具的主要增韌機(jī)理是相變?cè)鲰g、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋彎曲和納米顆粒的橋連等。 研究了納米TiC、微米TiC和微米TiN對(duì)納米ZrO<,2>增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，刀具材料A5T<,n>2

3、0Z(Al<,2>O<,3>-3Y-ZrO<,2>-TiCn)在燒結(jié)溫度為1650℃、燒結(jié)壓力為30MPa和保溫時(shí)間為30min時(shí)的力學(xué)性能最好，其抗彎強(qiáng)度、斷裂韌度和維氏硬度分別為904.7MPa、4.16MPa·m<'1/2>和17.43GPa；含微米TiC陶瓷刀具材料Al<,2>O<,3>-3Y-ZrO2-TiC<,m>的斷裂韌度略有下降；含微米TiN陶瓷刀具材料A5N<,m>20Z(Al<,2>O<,3>-3Y-ZrO<,2>-

4、TiN<,m>)在燒結(jié)溫度為1650℃、燒結(jié)壓力為30MPa和保溫時(shí)間為30min時(shí)的力學(xué)性能最好，其抗彎強(qiáng)度、斷裂韌度和維氏硬度分別為845.14MPa、4.87MPa·m<'1/2>和16.40GPa。 研究了新型陶瓷刀具A15Zc和A20Z(c+m)切削淬硬40Cr、淬硬45＃、淬硬T10A和灰鑄鐵時(shí)的切削性能，并與已經(jīng)商業(yè)化的陶瓷刀具SG4的切削性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，陶瓷刀具A15Zc和A20Z(c+m)在切削淬硬4

5、0Cr時(shí)，刀具后刀面磨損量隨切削深度的增加而增大，而切削速度對(duì)刀具后刀面磨損量的影響較?。辉谳^小的切削深度下切削時(shí)刀具具有良好的切削性能，A15Zc和A20Z(c+m)的抗磨損能力都好于SG4刀具；刀具的主要磨損形態(tài)為前后刀面磨損，主要磨損機(jī)理為前刀面的粘結(jié)磨損和后刀面的磨粒磨損。陶瓷刀具A15Zc和A20Z(c+m)在低速切削(99.5m/min)淬硬45＃鋼時(shí)，其抗磨損能力與SG4的相似，在高速切削(268.5m/min)時(shí)，其抗磨

6、損能力均好于SG4刀具；刀具的主要磨損形態(tài)為前后刀面磨損，主要磨損機(jī)理為前刀面的粘結(jié)磨損和后刀面的磨粒磨損。陶瓷刀具*本研究得到了山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金(2006BS05013)的資助A15Zc和A20Z(c+m)在切削淬硬T10A時(shí)，刀具SG4不能正常切削：低速切削(93．4m/min)時(shí)，刀具A15Zc的抗磨損能力好于A20Z(c+m)，刀具的主要磨損形態(tài)為前后刀面磨損，主要磨損機(jī)理為磨粒磨損和粘結(jié)磨損；高速切削(262

7、．8m/min)時(shí)，A15Zc的后刀面磨損量比低速切削時(shí)大，而A20Z(c+m)在切削1200mm后崩刃不能繼續(xù)切削，刀具A15Zc的主要磨損形態(tài)是前后刀面磨損和邊界磨損，主要磨損機(jī)理是前刀面的磨粒磨損和粘結(jié)磨損及后刀面的磨粒磨損。陶瓷刀具A15Zc和A20Z(c+m)在切削灰鑄鐵HT200時(shí)，刀具A15Zc的抗磨損能力好于A20Z(c+m)，且兩種刀具在低速切削(115m/min)時(shí)的后刀面磨損量比高速切削(320m/min)時(shí)的大；