SiC晶須與納米顆粒協(xié)同增韌Al2O3基陶瓷刀具及其切削性能研究.pdf

1、氧化鋁陶瓷因其耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為陶瓷刀具最常用的基體材料之一。為克服其脆性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，對(duì)氧化鋁基陶瓷刀具材料進(jìn)一步增韌補(bǔ)強(qiáng)一直是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。本研究將一維材料碳化硅晶須和零維材料碳化硅納米顆粒同時(shí)添加到氧化鋁基體中，發(fā)揮晶須和納米顆粒的協(xié)同增韌補(bǔ)強(qiáng)作用，在優(yōu)化的燒結(jié)工藝下制備了室溫綜合力學(xué)性能良好的Al2O3-SiCw-SiCnp新型復(fù)合陶瓷刀具材料。分析了新型復(fù)合陶瓷刀具材料AW20P5的高溫力

2、學(xué)性能演變規(guī)律及演變機(jī)制;并初步研究了所研制的AW20P5陶瓷刀具加工奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能。
　　研究了不同特性的β-SiC晶須(β-SiCw)和β-SiC納米顆粒(β-SiCnp)原材料對(duì)復(fù)合陶瓷刀具材料性能的影響。結(jié)果表明，原材料的特性對(duì)刀具材料的性能的提高至關(guān)重要，具有良好的微觀組織特征的β-SiCw-Ⅱ和β-SiCnp-Ⅱ?qū)Φ毒卟牧系脑鲰g補(bǔ)強(qiáng)效果較優(yōu)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究獲得了一套晶須和納米顆粒的分散混合工藝

3、，以使晶須和納米顆粒在基體中能夠均勻分布，克服其纏繞團(tuán)聚現(xiàn)象。
　　研究了晶須與納米顆粒的含量以及燒結(jié)工藝對(duì)Al2O3-SiCw-SiCnp復(fù)合陶瓷刀具材料的力學(xué)性能的影響;并分別研究了SiC晶須及納米顆粒各自的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理，以及二者的協(xié)同增韌補(bǔ)強(qiáng)效果。結(jié)果表明，當(dāng)SiCw和SiCnp的添加量分別為20vol％和5vol％時(shí)，AW20P5刀具材料的綜合力學(xué)性能最優(yōu);在優(yōu)化的真空熱壓燒結(jié)工藝即燒結(jié)溫度1700℃、保溫時(shí)間30min時(shí)

4、AW20P5刀具材料獲得最佳綜合力學(xué)性能，分別為抗彎強(qiáng)度730MPa、斷裂韌度5.6MPa·m1/2和維氏硬度18.0GPa。SiCw的主要增韌補(bǔ)強(qiáng)作用體現(xiàn)在晶須橋聯(lián)、晶須拔出和裂紋偏轉(zhuǎn);SiCnp主要通過(guò)晶粒細(xì)化、斷裂模式的轉(zhuǎn)變、裂紋偏轉(zhuǎn)以及微裂紋增韌對(duì)刀具材料起到增韌補(bǔ)強(qiáng)的作用，同時(shí)添加SiCw和SiCnp具有顯著的協(xié)同增韌補(bǔ)強(qiáng)效果。
　　研究了AW20P5復(fù)合陶瓷刀具材料的高溫力學(xué)性能變化規(guī)律，結(jié)果表明本研究中AW20P5刀

5、具材料的高溫抗彎強(qiáng)度隨溫度的升高先升高后降低，在850℃達(dá)到最大值673MPa。斷裂韌度隨溫度的升高首先持續(xù)降低，在1200℃時(shí)有所升高，這時(shí)刀具材料表現(xiàn)出了明顯的塑性。高溫下SiC的氧化、彈性模量的降低導(dǎo)致了材料力學(xué)性能的降低，微裂紋和缺陷的愈合以及界面結(jié)合強(qiáng)度適當(dāng)程度的減弱有利于材料高溫力學(xué)性能的提高。
　　研究了AW20P5陶瓷刀具連續(xù)濕式切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能，并與自制刀具AW5P20和商用刀具SG

6、4進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了AW20P5陶瓷刀具濕式連續(xù)切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時(shí)的切削參數(shù)，最佳切削參數(shù)分別為切削速度140m/min，切削深度0.3mm，進(jìn)給量0.2mm/r。在此切削參數(shù)下，研究了AW20P5、AW5P20和SG4三種陶瓷刀具連續(xù)濕式切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能，并分析了其磨損機(jī)理。結(jié)果表明，三種刀具中，AW20P5的切削性能最佳，失效形式為前刀面月牙洼磨損和后刀面磨損，失效機(jī)理是