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难加工材料不断出现,迫切需要研制出高性能刀具材料。本文利用Al2O3为基体,分别添加了 Ti(C,N)和(W,Ti)C,研制出了高性能的Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料。对Al2O3基复合陶瓷刀具材料的组分和烧结工艺进行了设计,研究了陶瓷刀具材料的微观组织等对陶瓷刀具材料力学性能的影响。研究了刀具材料的增韧机理、高温性能、切削性能和切削可靠性。设计了 Al2O3-Ti(C,N)-(W,Ti)C复合陶瓷刀具材料体系,研究了 Al2O3-Ti(C,N)-(W,Ti)C复合陶瓷刀具的制备工艺。研究了烧结工艺对Al2O3-Ti(C,N)-(W,Ti)C复合陶瓷刀具室温力学性能和微观组织的影响规律。复合陶瓷刀具AT20W20在烧结温度为1700℃、保温时间为20min、烧结压力32MPa和升温速率为50℃/min时获得较好的室温力学性能,分别是维氏硬度20.21GPa、断裂韧度6.57MPa·m1/2和抗弯强度为901MPa。复合陶瓷刀具AT20W25在烧结温度为1650℃、保温时间为20min和烧结压力32MPa和升温速率为50℃/min时获得较好的室温力学性能,分别是维氏硬度19.39GPa、断裂韧度6.36MPa.m1/2 和抗弯强度为 941MPa。研究了新型Al2O3-Ti(C,N)-(W,Ti)C复合陶瓷刀具材料的增韧补强机理。结果表明,主要增韧机理为晶粒细化、断裂模式改变、裂纹桥联、裂纹分支、裂纹偏转、微裂纹增韧、残余应力增韧和纳米颗粒的增韧补强效应。研究了 A12O3-Ti(C,N)-(W,Ti)C复合陶瓷刀具高温抗弯强度随温度的变化规律,建立了刀具高温抗弯强度随机分布函数模型及其可靠度模型。随着温度从20℃逐渐升高到1 100℃,AT20W20和AT20W25的抗弯强度都逐渐下降,在1 100℃时,AT20W20 的抗弯强度高于 AT20W25 的。AT20W20 和 AT20W25 在 20～1100℃的断裂韧度随温度的升高而逐渐降低。两种陶瓷刀具材料的断裂韧度在700～850℃之间下降缓慢,在850℃时仍能保持较高的断裂韧度,AT20W20的断裂韧度的下降比AT20W25的相对慢一些,且AT20W20断裂韧度高于相同温度下AT20W25的。陶瓷刀具AT20W20和陶瓷刀具AT20W25的高温抗弯强度服从威布尔分布概率,当可靠度取90%时,AT20W20和AT20W25陶瓷刀具材料在800℃时的抗弯强度分别为 720.9MPa 和 658.7MPa。研究了氧化铝基复合陶瓷刀具的切削性能,建立了新型Al2O3-Ti(C,N)-(W,Ti)C复合陶瓷刀具磨损寿命随机分布函数模型和可靠度模型。研究了氧化铝基复合陶瓷刀具AT20W20和AT20W25湿式切削加工不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的切削性能和切削可靠性,结果表明,AT20W20陶瓷刀具获得的最佳切削用量为v=120m/min,ap=0.1mm,f=0.15mm/r,此时材料去除率1609mm3/min,刀具磨损寿命为17min;刀具磨损寿命服从对数正态分布,当刀具的可靠度水平80%～90%时,AT20W20陶瓷刀具的可靠寿命约为9～1Omin。AT20W25陶瓷刀具获得的最佳切削用量为v=120m/min,ap=0.1mm,f=0.15mm/r,此时材料去除率 1591mm3/min,刀具磨损寿命为14min。在湿式切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti时,AT20W20刀具和AT20W25刀具的失效形式是刃口脆断、微崩刃和后刀面局部区域的材料剥落,磨损机理是磨料磨损和粘结磨损。研究了自制氧化铝基复合陶瓷刀具AT20W20湿式切削加工模具钢(Cr12MoV)的切削性能和切削可靠性,结果表明,AT20W20陶瓷刀具获得的最佳切削用量为v=80m/min,ap=0.1 mm,f=0.1 mm/r,此时材料去除率795.55mm3/min,刀具磨损寿命为15min;刀具磨损寿命服从对数正态分布,当刀具的可靠度水平为80%～90%时,AT20W20陶瓷刀具的可靠寿命约为7.5～8.3min。AT20W20刀具的失效形式是刃口脆断、微崩刃和后刀面局部区域的材料剥落,其主要磨损机理是磨粒磨损和粘结磨损。