导读:本文包含了梯度陶瓷刀具论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:梯度陶瓷刀具,模具钢,切削力,刀具磨损
梯度陶瓷刀具论文文献综述
李源,郑光明,张旭,程祥,徐汝锋[1]（2019）在《高速铣削模具钢Sialon梯度陶瓷刀具切削性能研究》一文中研究指出针对模具钢加工过程中刀具磨损快、加工质量不稳定的问题,分别选用自主研制的Sialon梯度陶瓷刀具、商用Sialon均质陶瓷刀具进行高速干铣削试验,研究铣削速度对刀具切削性能及加工表面质量的影响。结果发现:在v_c=100 m/min,200 m/min条件下,梯度陶瓷刀具的切削力大于均质陶瓷刀具的切削力,但在v_c=100～1 000 m/min范围内,梯度陶瓷刀具的切削力+。梯度陶瓷刀具切削时前中期磨损较为缓慢,致使其刀具寿命较高,并获得更加稳定的加工表面粗糙度。因此,宏观上梯度结构的应力缓解作用和微观上微纳米复合的强韧化机制,在高速铣削模具钢时,Sialon梯度陶瓷刀具具有可靠的刀具寿命,并获得了更加稳定的表面质量。(本文来源于《制造技术与机床》期刊2019年11期）
覃波[2]（2019）在《梯度自润滑陶瓷刀具的研制及其切削性能研究》一文中研究指出陶瓷刀具材料具有抗磨损、抗腐蚀、热硬性高等诸多优点,但是陶瓷材料本身较脆的缺点极大的制约了其应用,因此陶瓷刀具材料研发的核心是改善陶瓷材料的韧度。本文采用TiB_2、TiN为基体材料,WC为增强相,(Ni,Mo)为烧结助剂,利用TiB_2、TiN在高温下氧化产物具有的自润滑效果,使用梯度结构设计方法成功制造出了多种层数以及层厚比的陶瓷自润滑梯度刀具材料,且研究了其力学性能、显微组织结构以及摩擦磨损和切削性能。使用有限元法建立了多种层数、层厚比参数的梯度自润滑陶瓷材料模型,对各个模型的残余应力数值及其分布规律进行了模拟分析。结果表明:残余压应力在材料的烧制过程中形成于材料的表层,且在模型的层数、层厚比变大时,表层的残余压应力数值也有所增大,T3-8、T7-1梯度自润滑陶瓷材料的表层残余压应力分别达到了-338.21MPa、-193.61MPa。热压烧结后试样在靠近轴线的一定范围内形成的残余压应力较为均匀,该区域大小随层厚比以及层数增加而增大。研制梯度自润滑陶瓷材料使用的是热压真空烧制方法,对多种层数层厚比样品的力学性能、显微结构进行了探究。结果表明:随层数以及层厚比的增多,梯度自润滑陶瓷材料外层的断裂韧性以及硬度提升,残余压应力使材料的强度以及韧度大幅改善,7层的梯度自润滑陶瓷材料的表层断裂韧度、硬度分别为8.5MPa.m~(1/2)、19.68GPa,抗弯强度为974.8 MPa。梯度结构材料的断裂表面气孔数量较少,表层材料的断裂模式为穿晶断裂以及沿晶断裂;内部层断面可以观察到较多晶粒拔出迹象,主要断裂模式是沿晶断裂。在往复摩擦磨损试验机上通过与Si_3N_4球配副进行室温下的干滑动摩擦磨损实验,研究均质以及梯度结构材料在多种转速、载荷下的摩擦特性,结果表明:增加摩擦负载以及转速,G4、T3-1、T3-6、T5-1四种材料的摩擦系数呈现出下降的趋势,摩擦表面可以观察到明显的润滑膜,梯度结构材料比均质材料展现出了更好的摩擦性能。通过干切削45#钢的对比实验对表层均质材料刀具以及梯度结构刀具的切削性能进行了研究,探讨了材料外层的压应力与刀具抗磨能力之间的关系,结果表明:由于刀具表层压应力的增韧补强作用,梯度结构刀具比均质刀具材料的耐磨性能更好,相比60m/min的车削速度,当车削速度为120m/min时刀具使用寿命较长,究其原因是较高加工速度下机械振动减小且加工区域温度上升快,温度升高会加速热氧化润滑薄膜的产生,从而产生了较好的减摩效果。(本文来源于《湘潭大学》期刊2019-05-26）
倪秀英[3]（2018）在《基于抗疲劳裂纹扩展的二维梯度陶瓷刀具研制与切削性能研究》一文中研究指出随着现代工业的迅速发展,各种高硬高强度的零件越来越多地被采用,并且零件的表面大多数不连续,传统的车削技术难以胜任对高硬度材料的断续车削,而刀具材料是制约断续硬车削加工技术发展的瓶颈,因此研制适合高速断续切削的高性能刀具对于推动现代制造业的发展具有重要意义。本文以高速断续车削淬硬钢20CrMnTi刀具失效机理为依据,进行梯度陶瓷刀具材料设计和二维梯度刀具结构设计,对二维梯度刀具结构与烧结工艺进行优化,研制二种适用于在不同切削参数下断续车削的二维梯度陶瓷刀具,并研究宄刀具的断续切削性能。通过陶瓷刀具断续切削淬硬钢实验,结果表明:刀具的主要失效机理为热-机械疲劳损伤。在较大的切削速度下,热载荷作用使刀具的损伤加剧,此时热疲劳是主宰刀具寿命的主要因素,因此刀具上刀-屑接触区破损;而在高进给量下断续切削时,由于刀具承受更高的冲击力,其主要失效机理为机械疲劳,因此前刀面发生较大面积的贝壳状的疲劳断裂。在切削仿真的基础上,进行低周疲劳模拟,结果发现:在断续切削时,刀具受到循环变化的载荷作用,刀具前刀面容易出现疲劳裂纹。因此,满足断续切削淬硬钢的刀具性能要求为:用于高速切削的刀具应具有较高的硬度和抗热疲劳性能;用于高进给量切削的刀具应具有较高的硬度、韧性和强度。根据断续切削淬硬钢试验和有限元仿真结果,合理确定每一层原材料初始粉末粒度及含量,初步建立了适合断续切削淬硬钢的梯度刀具的宏微观设计模型。利用Abaqas软件对梯度陶瓷刀具材料的叁点弯曲疲劳实验进行仿真,优化了适用于大进给量切削的二维梯度刀具的结构尺寸。运用传热分析,对用于高速切削的梯度陶瓷刀具结构进行了优化,确定了二维梯度刀具的结构参数。采用粉末铺填、二阶段热压烧结工艺,制备了一维、二维梯度刀具材料,优化确定了一维梯度刀具材料的梯度结构参数,即层数为5层,表层层厚为0.085mm。梯度刀具材料的最合适的第一阶段烧结温度为1700℃,第二阶段烧结温度和保温时间分别为1450℃和60min。以最优的二阶段烧结工艺,成功烧结出综合力学性能最佳的二维梯度刀具材料GAWTN51-20和GAWTN51-45,其中GAWTN51-45的抗弯强度、表层硬度和断裂韧度分别达到1005MPa、23.20 GPa和 10.56MPa·m1/2。应用水淬实验对比研究了均质、一维梯度、二维梯度陶瓷刀具材料的抗热冲击性能。一维梯度材料GAWTN51和二维梯度材料GAWTN51-20的临界抗热震温差为600℃,其抗热冲击能力优于均质陶瓷材料AWT。应用压痕-淬火法比较研究了均质、一维梯度、二维梯度陶瓷刀具材料的抗热疲劳性能,试验结果表明:二维梯度材料的裂纹扩展长度略低于一维梯度材料的,明显低于均质陶瓷刀具材料的,并且二维梯度刀具材料沿梯度方向的热疲劳裂纹扩展受到抑制。最后研究了二维梯度刀具在不同切削参数下,断续干切削淬硬钢20CrMnTi的性能。在不同的进给量下,二维梯度陶瓷刀具的寿命均大于一维梯度陶瓷刀具和对应的均质陶瓷刀具,并且进给量越大,优势越明显。二维梯度陶瓷刀具具有较强的抑制前刀面疲劳裂纹萌生和扩展的能力,因此避免了前刀面破损。另一方面,在不同的切削速度下,二维梯度刀具相比一维梯度陶瓷刀具和对应的均质陶瓷刀具具有更长的寿命。二维梯度刀具具有较好的抗热疲劳性能,因此在较高的切削速度下,前刀面的破损较小。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-24）
宫峰[4]（2018）在《基于刀具裂纹扩展路径的斜向梯度陶瓷刀具的设计与制备》一文中研究指出淬硬钢由于具有极高的强度以及良好的耐磨性,因此被广泛应用于模具制造以及高端装备制造等行业中。然而淬硬钢的硬度高、塑性差,并且其加工方式往往为断续切削,刀具在切削淬硬钢时承受极强的冲击载荷,极易发生破损。因此,针对淬硬钢的断续切削加工,本论文采用切削试验和仿真模拟相结合的方法,研究了高速断续切削淬硬钢时刀具裂纹的扩展路径,并以此为依据设计并制备了斜向梯度陶瓷刀具材料,并对斜向梯度陶瓷刀具的力学性能和切削性能进行了系统研究。采用陶瓷刀具进行了断续车削淬硬钢20CrMnTi的正交试验,应用田口法与方差分析研究了切削参数在时间尺度上对切削力的影响,结果表明:切削深度对切削力的影响最大,并且随着刀具损伤的累积,其影响占比逐渐升高;采用断口形貌学研究了切削速度对刀具失效机理的影响。结果发现:断续切削淬硬钢时陶瓷刀具的失效机理为疲劳断裂,低速时,疲劳特征为疲劳条带,而高速时的疲劳特征为疲劳弧线;分析了刀具疲劳裂纹扩展路径:裂纹起源于刀具刀尖处,随后沿45°最大剪应力方向向刀具内部扩展,随着刀具破损的进行,裂纹扩展方向逐渐平行于前刀面,并最终向刀具表面扩展。采用涂层硬质合金刀具进行了高速面铣H13钢和SKD11淬硬钢试验,研究了刀具铣削两种工件材料时切削力随切削参数的变化规律,并对刀具的失效机理进行对比分析。结果发现,刀具在铣削H13钢时的主要失效形式为后刀面的磨损,而铣削SKD11淬硬钢钢时,刀具主要失效形式为前刀面的疲劳断裂。疲劳裂纹起源于刀具基体缺陷处,随后向刀具前刀面表面扩展。在刀具断口表面发现多个疲劳源,并且有河流花样形貌,表明裂纹模式为Ⅰ-Ⅲ复合型裂纹。采用涂层硬质合金刀具进行了正交铣削淬硬钢试验,分析了切削速度对切削力以及刀具失效机理的影响;建立了正交铣削淬硬钢的二维切削仿真模型,并对刀具切入、切削以及切出工件时的应力状态进行了研究,建立了扩展有限元模型探究了裂纹起始位置以及刀具前角对裂纹扩展路径的影响。结果发现:刀具裂纹起源于前刀面最大拉应力处,并在循环拉-压载荷的作用下沿45°方向向刀具内部扩展。基于对断续切削淬硬钢刀具裂纹扩展路径的研究,将刀具材料的刀-工与刀-屑接触区设计为具有高硬度和高耐磨性的陶瓷,沿裂纹扩展方向提高刀具材料的断裂韧性,制备出A12O3-TiC斜向梯度陶瓷刀具材料TAA30。当取向角α为30°,梯度层为5层,层厚比e为0.4,烧结温度为1700℃,保温时间为15分钟时,TA30取得最优性能。刀具材料的硬度由表层到里层分别为21.22GPa,20.54GPa,19.90GPa,断裂韧度由表层到里层分别为9.07MPa·m1/2,9.29MPa·m1/2,9.26MPa·m1/2,抗弯强度为 761MPa。采用热压烧结工艺制备出A1203-TiC-TiB2梯度陶瓷刀具材料TT3,并对其梯度结构组份、层厚比以及烧结工艺进行了优选。结果发现,当刀具材料表层与过渡层硬度最大,里层韧性最高时,层厚比为0.2,烧结温度为1700℃,保温时间为20min时,刀具材料获到最优力学性能,其表层硬度为23.59GPa,断裂韧度7.45MPa·m1/2,抗弯强度为764.11MPa。总结了斜向梯度陶瓷刀具材料的抗裂纹扩展机理,包括:a.裂纹止裂效应;b.裂纹偏转效应;c.裂纹桥接效应。研究了自制TAA30以及TT3系列斜向梯度陶瓷刀具断续车削SKD11淬硬钢的切削性能,并与商用刀具进行了对比,分析了切削深度与切削速度对切削力、切削温度、切屑形貌以及刀具失效机理的影响。结果发现,相比于商用刀具和TAA30刀具,TT3系列刀具的切削力与切削温度更低,切屑形态更为完整,刀具寿命更高。由于斜向梯度陶瓷刀具刀尖处的残余压应力使刀尖处拥有较高的硬度,并且断裂韧度由表及里升高使刀具拥有良好的裂纹止裂作用,刀具失效形式为刀尖处的破损以及沿切削刃的剥落。当取向角为15°时,即TT3A15,刀具切削性能最优。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-22）
倪秀英,赵军,孙加林,李洪江,侯冠明[5]（2018）在《梯度结构Al_2O_3-(W,Ti)C-TiN-Mo-Ni纳米金属陶瓷刀具材料的设计及制备》一文中研究指出基于对高速硬切削时刀具应力和温度分布,以及刀具内部疲劳裂纹扩展仿真分析,提出一个组分含量分布和微观结构具有梯度特征的设计模型。通过韧性相的添加和梯度结构的引入,实现疲劳裂纹扩展速率的减缓,从而提高刀具寿命。采用二阶段热压烧结工艺制备出具有梯度结构的Al_2O_3-(W,Ti)C-TiN-Mo-Ni纳米复合刀具材料,并对其微观结构和力学性能进行研究。结果表明:所制备的梯度结构金属陶瓷材料表层硬度、内层的断裂韧度和抗弯强度分别达到19.258GPa,10.015MPa·m~(1/2)和1017.475MPa,满足高速硬切削刀具的性能要求。材料的断口出现韧窝和黏结相撕裂形成的断裂棱,有利于断裂韧度和抗弯强度的增强,从而提高刀具抗疲劳裂纹扩展能力。(本文来源于《材料工程》期刊2018年02期）
季文彬[6]（2017）在《梯度功能金属陶瓷复合刀具的扩散烧结制备及其切削性能研究》一文中研究指出针对目前均质刀具材料硬度与强韧度的矛盾性,以及涂层刀具的涂层薄、涂层脱落无法重磨使用等问题,利用陶瓷物相的高硬度和高热化学稳定性等优势,以研制能适应难加工材料极端切削使役环境的复合刀具为目标,设计和制备了一种梯度功能金属陶瓷复合刀具。本文对梯度功能金属陶瓷复合刀具的物相组成、微观组织与性能分布、梯度形成机理、室温力学性能、摩擦磨损特性和切削性能进行了系统深入的研究。设计制备的梯度功能金属陶瓷复合刀具的力学性能和微观结构具有梯度分布状态,达到了表层硬度高和耐磨损性能良好、亚表层韧性高和界面结合强度高及整体综合力学性能优的特性。研制的新型梯度功能金属陶瓷刀片在车削不锈钢时展现出良好的切削性能,具有应用推广的价值。因此,本研究具有广泛的应用前景和重要的理论与实际意义。根据高速切削刀具的使役性能要求,提出了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料的设计原则,设计了一种匹配性良好的梯度功能金属陶瓷材料组分体系,并制定了其一步烧结制备工艺方法。设计的梯度功能金属陶瓷刀具材料在烧结前仅具有表层与基体,在烧结过程中基于元素扩散驱动金属相重新分布机理形成了高韧性亚表层,在烧结后形成了由表层、亚表层和基体构成的梯度微观结构。制备的梯度功能金属陶瓷刀具的不同位置具有不同抗失效性能,即表层硬而耐磨损、亚表层韧而抗表层剥落、整体强而抗断裂。揭示了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料梯度微观结构的形成机理,即元素扩散驱动金属相重新分布机理,建立了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料梯度微观结构的演变机理模型。选择TiB2-TiC复合粉为表层组分,Ti(C,N)复合粉为基体组分,选择Ni为金属相,Mo为第二相,VC为表层添加相。采用真空热压烧结技术加后处理的工艺方法,成功制备了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料。研究了表层特性、金属相含量和烧结工艺对梯度功能金属陶瓷复合刀具材料微观结构和力学性能的影响。结果表明,在本研究参数范围内,最优的表层VC含量为4 wt%,在表层添加VC可以起到降低表层烧结温度,提高表层致密度,促进表层与基体的匹配性等作用。最佳的表层厚度为230 μm左右,表层厚度主要影响表层中残余应力的大小,进而影响材料的抗弯强度,对硬度的影响不显着。优化了金属相,表层Ni含量及基体Ni/Co比和基体Ni含量。结果表明,Ni比Co更适合做为梯度功能金属陶瓷复合刀具材料的金属相。最佳的表层Ni含量为6 wt%,最佳的基体Ni含量为12wt%。金属相含量对基体中Ti(C,N)晶粒的芯-壳结构有显着影响,最佳的芯壳面积比k在1.20-1.23左右。优化了梯度功能金属陶瓷刀具的烧结工艺。结果表明,梯度功能金属陶瓷刀具材料在升温速率为30 ℃/min,烧结温度为1500 ℃,保温时间为40 min,烧结压力为32 MPa的工艺条件下获得最佳的综合力学性能。最优刀具材料的抗弯强度为1520 MPa,表层硬度为27.28 GPa,基体硬度为21.63 GPa,断裂韧度为7.04 MPa·m1/2。研究了梯度功能金属陶瓷刀具材料的摩擦特性与磨损机理。与Ti(C,N)基金属陶瓷材料(TC)相比,研制的梯度功能金属陶瓷复合材料(GC)的摩擦系数较高,但磨损率较低,并且两者的主要磨损机理不同。通过与440C不锈钢球、Al2O3球、Si3N4球叁种不同材料的摩擦磨损实验,研究了 GC和TC的摩擦行为和耐磨性能。GC和TC与440C不锈钢球滑动摩擦时,摩擦系数与滑动速度没有明显的关系,但与Al2O3球和Si3N4球滑动摩擦时,摩擦系数明显受到滑动速度的影响。研究了GC的磨损率与滑动速度和载荷之间的关系,结果表明,不同摩擦材料之间的规律是不同的。摩擦磨损过程明显受到材料性能、晶体结构、实验条件等各种因素的影响。大多数滑动摩擦条件下,GC的耐磨性要明显高于TC。研究了梯度功能金属陶瓷GC在与不同材料摩擦时的磨损机理和耐磨性,结果表明,与440C不锈钢滑动摩擦时GC的主要磨损机理是粘结磨损,但粘结磨损量较TC少;与Al2O3或Si3N4滑动摩擦时GC的主要磨损机理是磨粒磨损,但磨痕轻微。综上所述,GC具有良好的耐磨损性能,更适合用作难加工材料的切削刀具。设计了一套坯体的干压成型模具,并利用光固化3D打印技术实现了模具的快速成型制造。使用该模具将梯度功能复合刀具坯体干压成型,然后将成型坯体热压烧结,成功制备了叁种不同部位具有梯度结构的金属陶瓷复合刀片,分别是只前刀面为梯度结构的GC-A,只后刀面为梯度结构的GC-B和各刀面均为梯度结构的GC-C。研究了这叁种梯度功能金属陶瓷复合刀片的切削性能,对刀片的切削性能进行了全面的评价。与商用Ti(C,N)金属陶瓷刀具CX50相比,采用相同切削用量切削不锈钢时GC-A的刀具寿命更长,加工质量更好且更稳定。在150 m/min速度下切削17-4PH不锈钢时,GC-A的刀具寿命为89 min,而在100 m/min速度下车削321不锈钢时,GC-A的刀具寿命为21 min。低速度车削17-4PH不锈钢时,GC-A刀具主要表现为后刀面磨损失效,主要磨损机理是磨粒磨损和沟槽磨损。高速度车削17-4PH不锈钢时,GC-A刀具主要表现为破损失效。低速度车削321不锈钢时,GC-A刀具的主要失效形式是刀具后刀面磨损失效;高速度车削时,刀具前刀面破损失效,后刀面有剥落。与GC-A刀片相比,在相同切削条件下切削17-4PH不锈钢时GC-B刀片的刀具寿命仅为35 min且GC-B刀尖处会产生崩刃破损失效;GC-C刀片的刀具寿命为85 min,与GC-A刀片的刀具寿命相当,刀片后刀面均匀磨损失效,但没有产生类似GC-A刀片明显的沟槽磨损。(本文来源于《山东大学》期刊2017-06-12）
于俊飞[7]（2016）在《梯度自润滑陶瓷刀具的切削性能研究》一文中研究指出机械加工行业大量应用切削液,会提高企业生产成本,加速社会资源的损耗速度,同时会引起恶劣的环境污染。随着科技的进步及创新意识的增强,具有保护环境及高效应用清洁特点的干切削加工技术日益成为机械加工领域的热点。在刀具内部添加具有润滑效果的润滑剂,制成自润滑陶瓷刀具,可使刀具具有减少摩擦、降低磨损的功效,可以改善刀具在干切削加工过程中刀具与切屑间的摩擦状态,并可降低磨损。使用层状填铺技术、热压烧结工艺制备了梯度自润滑陶瓷刀具,阐述了材料的测试与表征,对刀具横剖面进行SEM观察,观察梯度结构刀具的微观形貌,分析Al、Ti、Ca元素从表层到中间层的含量变化。本论文通过正交试验,分别建立切削两种不同工件材料时切削力、切削温度和表面粗糙度的经验公式,并检测所构建模型的显着性;确定最佳的切削加工参数。探讨在车削加工两种不同的工件材料时具有梯度结构的自润滑陶瓷刀具的磨损机理,研究车削过程中的失效形式;另外,陶瓷刀具材料中含有固体润滑剂(氟化钙),通过车削试验,探究固体润滑剂在车削过程中起到的作用;通过正交试验,研究具有梯度结构及润滑特性的Al_2O_3/(W,Ti)C/CaF_2陶瓷刀具车削难加工材料(304奥氏体不锈钢)时的切削性能。建立主切削力、切削温度和工件表面粗糙度的经验公式,评价建立模型的显着性;根据结果建立正交表,确定最佳的切削加工参数;探究在切削加工过程中,梯度自润滑陶瓷刀具的失效形式,判别其磨损机理。试验结论显示,当切削速度为116m/min、进给量为0.102mm/r、背吃刀量为0.15mm时,主切削力有最小值;当切削加工参数分别为60m/min、0.102mm/r、0.15mm时,刀具切削时间最长。试验结果表明,梯度自润滑刀具的失效形式是刀尖的磨损及背吃刀量处的沟槽磨损,主要的磨损机理是前、后刀面的粘结及切削刃处的破损。通过正交试验,研究具有Al_2O_3/(W,Ti)C/CaF_2梯度自润滑陶瓷刀具车削难加工材料(Cr12模具钢)时的切削性能。建立主切削力、切削温度和工件表面粗糙度的经验公式,对建立模型的显着性进行检测;根据试验结果建立正交表,确定最佳的切削加工参数;探究在切削加工过程中,该刀具的失效形式,来判别其磨损机理。试验结论显示,在切削速度为176m/min、进给量为0.102mm/r、背吃刀量为0.15mm时,主切削力有最小值,且刀具有最长的使用寿命。试验结果表明,梯度自润滑刀具的失效形式是后刀面与月牙洼处的磨损,磨损机理是粘结、磨粒磨损,并伴有刀具材料的剥落。(本文来源于《齐鲁工业大学》期刊2016-06-06）
郑光明,赵军,程祥,徐汝锋,李丽[8]（2016）在《梯度微纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能和微观结构》一文中研究指出针对高速切削航空难加工材料镍基高温合金时对高性能刀具的迫切需求,采用热压烧结工艺,制备sialon梯度微纳米复合陶瓷刀具材料,研究烧结温度、保温时间、梯度层数对刀具材料力学性能及显微组织的影响。利用X射线衍射仪分析材料的物相组成,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对微观形貌进行分析。结果表明:在1750℃烧结、压力35 MPa、保温60 min的条件下,成功合成了β-sialon。具有7层梯度结构的刀具材料在此工艺条件下可获得最优的力学性能:抗弯强度σf=840 MPa,表层维氏硬度HV为17.32 GPa,表层断裂韧性K_(IC)=8.96 MPa×m~(1/2),表层残余应力σ_r=-423 MPa,满足刀具材料的使用要求。微纳米颗粒的同时加入和合理的梯度结构是获得较高力学性能的主要原因。(本文来源于《中国有色金属学报》期刊2016年04期）
田宪华[9]（2015）在《Si_3N_4/(W,Ti)C/Co梯度纳米复合陶瓷刀具的研制及其切削性能研究》一文中研究指出陶瓷刀具材料具有高的硬度、耐热性、耐磨性和良好的化学稳定性,具有广阔的应用前景。梯度纳米复合是提高陶瓷刀具材料强度和韧性的又一有效手段。本文面向铁基高温合金GH2132的加工,通过物化相容性分析确定了梯度纳米复合陶瓷刀具的材料体系,应用性能预报结果优化了梯度结构,并最终研发成功两种具有优异性能的梯度纳米复合陶瓷刀具材料。通过物理化学相容性分析,确定了梯度纳米复合陶瓷刀具的材料体系：基体相为Si3N4,增强相为(W, Ti)C、Co,烧结助剂采用Y2O3+Al2O3体系。应用层数和层厚比的概念建立了梯度结构。基于叁点弯曲试验、单向拉伸试验的有限元模拟,分别预报了梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗弯强度、断裂韧度以及抗机械冲击性能,并研究了层数和层厚比对梯度材料性能的影响。结果表明,增加层数、减小层厚比有利于提高梯度陶瓷刀具材料的性能。根据设计结果,采用分层粉末铺填和热压烧结技术成功制备了Si3N4/(W, Ti)C类和Si3N4/(W, Ti)C/Co类两种梯度纳米复合刀具材料GSWT52和GSWT52G。通过组分优化,确定了梯度刀具材料每一层组分中增强相的最大添加量,即(W, Ti)C的添加量不超过25vol.%, Co的添加量不超过3vol.%;确定最优纳米Si3N4添加量为微米Si3N4粉末比重的1/3。通过梯度结构的优化,发现5层梯度结构,层厚比为0.2时,材料的综合力学性能最佳。通过烧结工艺优化发现,烧结压力固定为30MPa,当烧结温度为1700℃,保温时间为45min, GSWT52和GSWT52G的综合力学性能同时达到最优。在此烧结工艺下,GSWT52的抗弯强度、表层硬度和断裂韧度可以分别达到1080MPa,17.64GPa和10.9MPa·m1/2;而GSWT52G的叁个力学性能可以分别达到992MPa,17.83GPa和10.5MPa·m1/2,都满足了陶瓷刀具材料的性能要求。新型梯度纳米复合陶瓷刀具材料的强韧化机理包括以下几个方面：a.基体柱状β-Si3N4的自增韧强化作用；b.纳米颗粒的“钉扎”强化作用；c.增强相引入了更多的穿晶断裂；d.梯度结构引入的表层残余压应力。研究了梯度纳米复合陶瓷刀具材料的高温力学性能。抗弯强度随测试温度的升高,呈现出先缓慢减小,当温度超过一定值后又急剧减小的趋势,且这一转折温度为1000℃；断裂韧度呈现出先升高又急剧降低的趋势,转折温度同为1000℃。分析发现,玻璃相软化带来的晶界滑移、材料组分的氧化以及表面微裂纹的扩展是抗弯强度下降的主要原因；而微裂纹增韧效应以及材料断裂前的塑性形变导致了断裂韧度在一定温度范围内(小于1000℃)的升高。两种梯度材料的高温力学性能要明显高于两种对比均质材料。应用强度-衰减法研究了新型梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗热冲击性能,GSWT52和GSWT52G的临界热震温差分别为600℃和700℃,均高于其对比均质陶瓷刀具材料。热冲击作用下,微裂纹的生成与扩展是材料抗弯强度急剧下降的原因。应用压痕-淬火法研究了新型梯度纳米复合陶瓷刀具材料的抗热疲劳性能,在相同的冲击次数下,梯度材料的裂纹扩展长度明显短于均质陶瓷刀具材料,梯度材料表层形成的残余压应力有利于提高其热疲劳性能。最后研究了新型梯度纳米复合陶瓷刀具连续车削和断续车削铁基合金GH2132的切削性能。连续车削时,随着切削速度的升高,刀具寿命呈现出先增大后减小的趋势。最优切削速度范围介于100～150m/min,此时梯度刀具寿命明显优于对比均质陶瓷刀具,比对比商用刀具提高了一倍左右。切削速度较低时,梯度刀具的失效形态是后刀面磨损；当速度较高时,刀具失效形态是沟槽磨损,且梯度刀具的抗沟槽磨损能力要优于均质陶瓷刀具。刀具的主要失效机理有粘结磨损、磨粒磨损以及氧化磨损。断续车削试验表明,刀具切出时会承受更大的机械冲击作用,刀具的失效主要是因为破损以及粘结磨损。梯度陶瓷刀具的抗机械冲击性能要优于均质陶瓷刀具。(本文来源于《山东大学》期刊2015-04-15）
衣明东[10]（2014）在《纳米固体润滑剂与梯度设计协同改性陶瓷刀具的研究》一文中研究指出本文针对自润滑陶瓷刀具减摩和耐磨性能不能兼顾的难题,提出采用纳米尺度的固体润滑剂替代传统微米尺度的固体润滑剂并形成晶内型纳米结构,结合梯度设计技术使纳米固体润滑剂的含量由表及里逐渐减少,且在刀具表层形成残余压应力,利用纳米固体润滑剂与梯度设计对陶瓷刀具的协同改性效应,研制成功兼具高减摩和高耐磨的新型陶瓷刀具。分析并揭示了纳米固体润滑剂和梯度设计对力学性能、摩擦磨损性能和切削性能的影响机理。在自润滑陶瓷材料和纳米颗粒的增韧补强机理的研究基础上,提出了纳米固体润滑剂改性陶瓷刀具的设计思路。当纳米固体润滑剂位于基体晶粒内部而形成晶内型纳米结构时,可以有效地改善自润滑陶瓷材料的弹性模量和硬度；理论计算表明,当纳米CaF2的含量低于4.33vol.%时,不会伤害Al2O3/TiC复合陶瓷的抗弯强度；纳米CaF2具有增韧作用,增韧机制为微裂纹增韧和裂纹偏转。成功制备出一种适合自润滑陶瓷刀具使用的纳米CaF2,并将其应用于研制具有晶内型纳米结构的陶瓷刀具。制备的纳米CaF2分散性好、纯度高、粒度均匀,平均晶粒尺寸约为20.4nm。制备复合粉体时采用纳米CaF2分散液,热压烧结后能形成几乎完全的晶内型纳米结构。位于晶内的纳米CaF2粒度在20-50nm之间,呈近球形。与添加微米CaF2相比,添加纳米CaF2的刀具抗弯强度、硬度、断裂韧性和弹性模量分别提高了28%、24%、45%和29%。晶内型纳米结构是ATC。陶瓷刀具获得较高力学性能的主要原因。随纳米CaF2含量的增加,刀具的抗弯强度先升高后降低,硬度一直降低,断裂韧性一直升高；且在纳米CaF2的含量超过10vol.%后,抗弯强度和硬度下降较快。采用梯度设计各梯度层的组分组成,使纳米固体润滑剂含量由表及里逐渐减少和在刀具表层形成残余压应力。有限元计算结果表明,G-ATCn刀具和G-ATWCn刀具表层的最大残余压应力分别为130MPa和213MPa。实际制备的梯度陶瓷刀具的组分与微观结构呈梯度变化,梯度层之间界面清晰、结合良好,没有明显的缺陷,残余应力测试值变化趋势与计算结果一致。梯度陶瓷刀具的力学性能均高于表层均质刀具,且梯度设计对抗弯强度影响最为显着：G-ATCn刀具的抗弯强度、断裂韧性和硬度分别为745MPa、7.66MPa-m1/2和19.6GPa,与表层均质刀具相比提高了约19.8%、6.7%和2.8%；G-ATWCn刀具的抗弯强度、断裂韧性和硬度分别为865MPa、6.73MPa·1/2和17.1GPa,与表层均质刀具相比分别提高了74.0%、3.9%和5.0%。纳米固体润滑剂改性陶瓷刀具的摩擦系数主要受纳米CaF2含量的影响,磨损率不仅与纳米CaF2的含量有关,还受到纳米CaF2导致的力学性能变化的影响。随纳米CaF2含量的增加,ATCn刀具的摩擦系数一直降低；磨损率先降低后升高,当纳米CaF2含量为10vol.%时,磨损率最低,仅为5.4×10-7mm3/N·m。梯度设计对摩擦系数影响不大,但力学性能的改善和表层残余压应力的存在改善了刀具的耐磨性。摩擦速度和载荷越高,梯度设计对磨损率的改善效果越明显。随环境温度的升高,G-ATCn和H-ATCn刀具的摩擦系数和磨损率均逐渐降低。随环境温度的升高,H-ATCn刀具的磨粒磨损降低,粘着磨损升高,而梯度设计可以提高抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。在陶瓷刀具中引入纳米CaF2可以改善加工质量,降低加工过程中的切削力、切削温度和摩擦系数。梯度设计可以改善其耐磨损性能,降低加工表面粗糙度,降低切削力和切削温度。G-ATCn刀具的前刀面磨损为微崩刃和月牙洼磨损,后刀面磨损为微崩刃和粘着磨损；G-ATWCn刀具的前刀面为月牙洼磨损；后刀面为磨粒磨损和粘着磨损。纳米CaF2可以缓解工件在刀具上的粘着作用；梯度设计的残余压应力可提高刀具抗微崩刃和月牙洼磨损的能力。(本文来源于《山东大学》期刊2014-11-22）
梯度陶瓷刀具论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
陶瓷刀具材料具有抗磨损、抗腐蚀、热硬性高等诸多优点,但是陶瓷材料本身较脆的缺点极大的制约了其应用,因此陶瓷刀具材料研发的核心是改善陶瓷材料的韧度。本文采用TiB_2、TiN为基体材料,WC为增强相,(Ni,Mo)为烧结助剂,利用TiB_2、TiN在高温下氧化产物具有的自润滑效果,使用梯度结构设计方法成功制造出了多种层数以及层厚比的陶瓷自润滑梯度刀具材料,且研究了其力学性能、显微组织结构以及摩擦磨损和切削性能。使用有限元法建立了多种层数、层厚比参数的梯度自润滑陶瓷材料模型,对各个模型的残余应力数值及其分布规律进行了模拟分析。结果表明:残余压应力在材料的烧制过程中形成于材料的表层,且在模型的层数、层厚比变大时,表层的残余压应力数值也有所增大,T3-8、T7-1梯度自润滑陶瓷材料的表层残余压应力分别达到了-338.21MPa、-193.61MPa。热压烧结后试样在靠近轴线的一定范围内形成的残余压应力较为均匀,该区域大小随层厚比以及层数增加而增大。研制梯度自润滑陶瓷材料使用的是热压真空烧制方法,对多种层数层厚比样品的力学性能、显微结构进行了探究。结果表明:随层数以及层厚比的增多,梯度自润滑陶瓷材料外层的断裂韧性以及硬度提升,残余压应力使材料的强度以及韧度大幅改善,7层的梯度自润滑陶瓷材料的表层断裂韧度、硬度分别为8.5MPa.m~(1/2)、19.68GPa,抗弯强度为974.8 MPa。梯度结构材料的断裂表面气孔数量较少,表层材料的断裂模式为穿晶断裂以及沿晶断裂;内部层断面可以观察到较多晶粒拔出迹象,主要断裂模式是沿晶断裂。在往复摩擦磨损试验机上通过与Si_3N_4球配副进行室温下的干滑动摩擦磨损实验,研究均质以及梯度结构材料在多种转速、载荷下的摩擦特性,结果表明:增加摩擦负载以及转速,G4、T3-1、T3-6、T5-1四种材料的摩擦系数呈现出下降的趋势,摩擦表面可以观察到明显的润滑膜,梯度结构材料比均质材料展现出了更好的摩擦性能。通过干切削45#钢的对比实验对表层均质材料刀具以及梯度结构刀具的切削性能进行了研究,探讨了材料外层的压应力与刀具抗磨能力之间的关系,结果表明:由于刀具表层压应力的增韧补强作用,梯度结构刀具比均质刀具材料的耐磨性能更好,相比60m/min的车削速度,当车削速度为120m/min时刀具使用寿命较长,究其原因是较高加工速度下机械振动减小且加工区域温度上升快,温度升高会加速热氧化润滑薄膜的产生,从而产生了较好的减摩效果。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
梯度陶瓷刀具论文参考文献
[1].李源,郑光明,张旭,程祥,徐汝锋.高速铣削模具钢Sialon梯度陶瓷刀具切削性能研究[J].制造技术与机床.2019
[2].覃波.梯度自润滑陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D].湘潭大学.2019
[3].倪秀英.基于抗疲劳裂纹扩展的二维梯度陶瓷刀具研制与切削性能研究[D].山东大学.2018
[4].宫峰.基于刀具裂纹扩展路径的斜向梯度陶瓷刀具的设计与制备[D].山东大学.2018
[5].倪秀英,赵军,孙加林,李洪江,侯冠明.梯度结构Al_2O_3-(W,Ti)C-TiN-Mo-Ni纳米金属陶瓷刀具材料的设计及制备[J].材料工程.2018
[6].季文彬.梯度功能金属陶瓷复合刀具的扩散烧结制备及其切削性能研究[D].山东大学.2017
[7].于俊飞.梯度自润滑陶瓷刀具的切削性能研究[D].齐鲁工业大学.2016
[8].郑光明,赵军,程祥,徐汝锋,李丽.梯度微纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能和微观结构[J].中国有色金属学报.2016
[9].田宪华.Si_3N_4/(W,Ti)C/Co梯度纳米复合陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D].山东大学.2015
[10].衣明东.纳米固体润滑剂与梯度设计协同改性陶瓷刀具的研究[D].山东大学.2014