碳化鈦基陶瓷拉絲模的研究開發(fā)及其相關(guān)基礎(chǔ)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(duì)其材料設(shè)計(jì)、受力分析、制備關(guān)鍵技術(shù)、拉絲試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和損壞機(jī)理進(jìn)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(jié)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(jié)果表明：當(dāng)Al<,2>O<,3>含量為20wt.％時(shí)，TiC基陶瓷拉絲模材料的綜合物理機(jī)械性能最佳，抗彎強(qiáng)度為889MPa，硬度為19.1GPa，

2、斷裂韌性為7.74MPa·m<'1/2>。研究了燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)TiC基陶瓷拉絲模材料力學(xué)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(shù)為：燒結(jié)溫度為1700℃，燒結(jié)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(dāng)拉拔線材為65 Mn，直徑由4.5mm壓縮到4mm，壓縮比為21％時(shí)，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(duì)拉拔加工過程進(jìn)行仿真，得出TiC基陶瓷拉絲模在拉拔加工過程中的應(yīng)力分布規(guī)律，結(jié)果表明：拉絲模軸向應(yīng)力最大值為317MPa，徑向應(yīng)力值為2030MPa，主應(yīng)力最大值為316MPa。研究了工作區(qū)錐角對(duì)Tic基陶瓷拉絲模應(yīng)力的影響規(guī)律，結(jié)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(duì)應(yīng)的工作區(qū)錐角越大。 設(shè)計(jì)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(jī)油作為加工劑，采用機(jī)械手動(dòng)相結(jié)合的研磨方法對(duì)Tic基陶瓷拉絲模進(jìn)行研磨加工可以起到良好的研磨效果。 理論推導(dǎo)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(dǎo)出熱裝配鋼套直徑尺寸和公差，并對(duì)鋼套結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。根據(jù)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(duì)TiC基陶瓷拉絲模進(jìn)行熱裝配，效果良好。成功研制TiC基陶瓷拉絲模，并對(duì)TiC基陶瓷拉絲模的主要性能進(jìn)行測(cè)定評(píng)估，其技術(shù)要求和性能指標(biāo)均滿足拉拔過程的要求。 設(shè)計(jì)出用于測(cè)試TiC基陶瓷拉絲模性能的拉拔試驗(yàn)平臺(tái)。在拉拔試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行TiC基陶瓷拉絲模的拉拔試驗(yàn)。研究了不同潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)拉絲模拉拔力的影響規(guī)律。結(jié)果表明：潤(rùn)滑介質(zhì)對(duì)Tic基陶瓷拉絲模拉拔力產(chǎn)生較大的影響。無潤(rùn)滑時(shí)拉拔力最大，采用潤(rùn)滑脂和石墨作為潤(rùn)

6、滑介質(zhì)時(shí)，潤(rùn)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(rùn)滑機(jī)理，兩者之間存在流體潤(rùn)滑、邊界潤(rùn)滑和直接接觸三種狀態(tài)，其潤(rùn)滑機(jī)理主要為流體動(dòng)力潤(rùn)滑和物理化學(xué)吸附作用。 系統(tǒng)研究TiC基陶瓷拉絲模的損壞機(jī)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(chǎn)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(zhǎng)時(shí)間磨損所引起的應(yīng)力集中導(dǎo)致。研究了TiC基陶瓷拉絲模內(nèi)孔不同區(qū)域的磨損形式和磨損機(jī)理，