Al-,2-O-,3--TiC-WC納米復(fù)合陶瓷刀具的研制及切削性能.pdf

1、本文在微米級Al2O3基體中添加納米TiC和微米WC作為增強(qiáng)相，通過調(diào)整復(fù)合陶瓷材料中基體和增強(qiáng)相的含量、優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)，成功制備出性能良好的Al2O3/TiC/WC納米復(fù)合陶瓷刀具材料，并對其力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、壓痕裂紋擴(kuò)展形態(tài)進(jìn)行了研究。將新研制的納米復(fù)合陶瓷刀具材料制成刀片進(jìn)行切削實驗，研究了刀具的切削性能和失效機(jī)理。 通過合理選擇分散劑及其用量、采用合適的分散工藝，較好的解決了納米TiC顆粒團(tuán)聚的問題。確定了納米復(fù)合粉

2、體的制備工藝，制備出了混合均勻、分散效果良好的納米復(fù)合粉體。 當(dāng)基體Al2O3的體積含量為59％、增強(qiáng)相TiC和WC的體積含量分別為24％和16％時，在燒結(jié)溫度1700℃、燒結(jié)壓力30MPa、保溫時間10min的工藝條件下燒結(jié)，可獲得綜合力學(xué)性能良好的復(fù)合陶瓷刀具材料，抗彎強(qiáng)度為840MPa、硬度為20GPa、斷裂韌度為5.32 MPa·m1/2。 微觀結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，Al2O3/TiC/WC納米復(fù)合陶瓷刀具材料為晶內(nèi)型和

3、晶間型的混合結(jié)構(gòu)，Al2O3基體以部分粒徑較小的納米TiC顆粒為核生長形成晶內(nèi)型結(jié)構(gòu)，其余粒徑較大的TiC顆粒和所有WC顆粒鑲嵌在Al2O3基體晶粒之間形成晶間型結(jié)構(gòu)。在Al2O3和TiC晶粒中觀察到的位錯以及在Al2O3晶粒中觀察到的微裂紋說明，在復(fù)合陶瓷刀具材料內(nèi)部存在較大的殘余應(yīng)力場，殘余應(yīng)力增韌是該復(fù)合陶瓷刀具材料的一種增韌機(jī)制。在Al2O3/TiC/WC納米復(fù)合陶瓷刀具材料壓痕裂紋擴(kuò)展路徑上觀察到大量的裂紋偏轉(zhuǎn)、橋聯(lián)和裂紋分叉

4、現(xiàn)象，上述裂紋擴(kuò)展方式有助于提高材料的斷裂韌性。 連續(xù)切削淬火45鋼時，在不同速度下，LWT刀具的壽命都明顯高于SG-4刀具。LWT刀具的磨損形態(tài)為前刀面的月牙洼磨損、后刀面磨損和邊界磨損。磨損機(jī)理為磨粒磨損和粘結(jié)磨損。 連續(xù)切削淬火T10A時，在較低的速度(v=100m/min)下，LWT刀具的壽命高于SG-4：速度較高(v=160m/min)時，LWT刀具的壽命不如SG-4。較低速度下，LWT刀具的磨損形態(tài)以前刀面的