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立方氮化硼(CBN)磨料具有硬度极高、热稳定性好、化学惰性大、导热性好的优点,所以由该种磨粒制作的各型固结磨料砂轮已在高效磨削镍基高温合金、钛合金等难加工材料中得到了应用,并取得了显著效果。然而,大量的应用实践也表明,由于传统的多层烧结与单层电镀CBN砂轮中磨粒与胎体或镀层材料仅仅通过机械镶嵌作用结合,存在磨粒把持强度低、容屑空间狭小等缺陷,使得重负荷磨削过程中砂轮工作面容易出现磨粒过早脱落、甚至电镀砂轮的局部结合剂层从基体表面剥离的现象,这势必制约了CBN超硬磨料磨削性能的充分发挥,也限制了加工效率与质量的进一步提高。凭借磨粒、钎料、基体在高温钎焊过程中的化学和冶金反应对磨粒提供的超强把持效果,本课题研制了磨粒呈有序排布的新型单层钎焊CBN成型砂轮,并将其应用于高效磨削镍基铸造高温合金。本文完成的创新性研究工作主要包括:(1)在确保Ag-Cu-Ti液相合金中活性元素Ti活度的前提下,兼顾控制钎料层新生相数量和克服活性元素的消耗效应,通过冶金热力学分析对钎料成分进行了优选。结果表明,含Ti 5%的Ag-Cu共晶合金是综合性能比较优异的钎料,后续试验已显示此种合金组分制作的单层钎焊CBN砂轮确实可取得预期效果。(2)利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了钎焊工艺参数对界面新生化合物和微观结构的影响。结果显示,当钎焊温度920℃、保温时间5 min时可获得较佳的磨粒表面新生化合物形貌,界面层由CBN/TiB2/TiB/TiN/含Ti合金层的过渡结构组成。磨粒抗压强度和冲击强度测试结果表明钎焊前后磨粒强度无明显变化。(3)对界面层新生相的形核顺序与生长过程进行了动力学分析。结果表明,新生相按TiN→TiB2→TiB的顺序依次形成,其生长过程主要受新生TiN控制,而活性元素Ti的引入和扩散则是界面层生长的主要因素。(4)依据型槽工件要求设计制作了磨粒呈有序排布的单层钎焊CBN成型砂轮,并将其用于镍基铸造高温合金K424槽类工件的模拟加工。结果表明,单层钎焊CBN砂轮在高效磨削过程中磨削力和温度得到了有效控制,工件加工表面完整性也得到明显改善。单层钎焊CBN砂轮的磨损机理主要是磨耗磨损,试验中未出现磨粒脱落,这表明采用钎焊工艺制作单层CBN砂轮能提高对磨粒的把持力,有助于充分发挥超硬磨料本身的耐磨特性。