碳化鈦基陶瓷拉絲模的研究開發(fā)及其相關基礎理論研究.pdf

1、本文研制開發(fā)出具有高硬度和耐磨性的碳化鈦(TiC)基陶瓷拉絲模，并對其材料設計、受力分析、制備關鍵技術、拉絲試驗平臺的設計和損壞機理進行了深入系統(tǒng)的研究。 以Tic作為基體，添加Al<,2>O<,3>和微量金屬，采用熱壓燒結工藝，研制成功具有高硬度及耐磨性的TiC基陶瓷拉絲模材料。結果表明：當Al<,2>O<,3>含量為20wt.％時，TiC基陶瓷拉絲模材料的綜合物理機械性能最佳，抗彎強度為889MPa，硬度為19.1GPa，

2、斷裂韌性為7.74MPa·m<'1/2>。研究了燒結工藝參數對TiC基陶瓷拉絲模材料力學性能的影響規(guī)律，制定出TiC基陶瓷拉絲模材料的最佳工藝參數為：燒結溫度為1700℃，燒結壓力為30 MPa，保溫10 min。 建立了Tic基陶瓷拉絲模在拉拔加工中的受力分析模型，得到TiC基陶瓷拉絲模在拉拔加工中承受的拉拔力。當拉拔線材為65 Mn，直徑由4.5mm壓縮到4mm，壓縮比為21％時，拉拔力最大值位于拉絲模定徑區(qū)出口位置，其大小

3、為4219.52N。 建立了TiC基陶瓷拉絲模在拉拔加工中的有限元分析模型，對拉拔加工過程進行仿真，得出TiC基陶瓷拉絲模在拉拔加工過程中的應力分布規(guī)律，結果表明：拉絲模軸向應力最大值為317MPa，徑向應力值為2030MPa，主應力最大值為316MPa。研究了工作區(qū)錐角對Tic基陶瓷拉絲模應力的影響規(guī)律，結果表明：TiC基陶瓷拉絲模的最佳工作錐角為7°，且壓縮比越大，對應的工作區(qū)錐角越大。 設計出適合制備TiC基陶

4、瓷拉絲模的石墨模具，分析拉絲模的研磨工藝，探索出一套適合TiC基陶瓷拉絲模的制備方法，即：用0.5μmB<,4>C微粒作為磨料，鑄鐵作為研磨工具，機油作為加工劑，采用機械手動相結合的研磨方法對Tic基陶瓷拉絲模進行研磨加工可以起到良好的研磨效果。 理論推導Tic基陶瓷拉絲模與鋼套之間的過盈量為15.7～72.4μm之間，推導出熱裝配鋼套直徑尺寸和公差，并對鋼套結構進行了設計。根據熱裝配的過盈量以及表面粗糙度分析，得出熱裝配中鋼

5、套的加熱溫度為250℃，并對TiC基陶瓷拉絲模進行熱裝配，效果良好。成功研制TiC基陶瓷拉絲模，并對TiC基陶瓷拉絲模的主要性能進行測定評估，其技術要求和性能指標均滿足拉拔過程的要求。 設計出用于測試TiC基陶瓷拉絲模性能的拉拔試驗平臺。在拉拔試驗平臺上進行TiC基陶瓷拉絲模的拉拔試驗。研究了不同潤滑介質對拉絲模拉拔力的影響規(guī)律。結果表明：潤滑介質對Tic基陶瓷拉絲模拉拔力產生較大的影響。無潤滑時拉拔力最大，采用潤滑脂和石墨作為潤

6、滑介質時，潤滑效果最好，拉拔力最低。分析得出在拉拔加工中TiC基陶瓷拉絲模與線材的潤滑機理，兩者之間存在流體潤滑、邊界潤滑和直接接觸三種狀態(tài)，其潤滑機理主要為流體動力潤滑和物理化學吸附作用。 系統(tǒng)研究TiC基陶瓷拉絲模的損壞機理。分析了TiC基陶瓷拉絲模的損壞形式，TiC基陶瓷拉絲模破損主要產生在工作區(qū)和定徑區(qū)與出口區(qū)的交界處，其主要原因是長時間磨損所引起的應力集中導致。研究了TiC基陶瓷拉絲模內孔不同區(qū)域的磨損形式和磨損機理，