论文部分内容阅读
本研究以提高Ti B2-Ti N陶瓷材料力学性能,尤其是提高其断裂韧度为目标,研究了碳纤维含量、金属粘结剂、烧结温度和保温时间对Ti B2-Ti N陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,揭示了Csf增韧补强Ti B2-Ti N陶瓷材料的机理;研究其与典型难加工材料的摩擦磨损性能,揭示了其磨损机理,具体研究内容及结果如下。首先根据陶瓷刀具材料的设计原则和本课题的研究目标,确定了Ti B2基陶瓷刀具材料的增强相为Ti N和Csf,金属相为Ni,分析了其物理化学相容性和润湿性,并制订了其烧结工艺和实验方案,阐述了其测试方法。实验研究了Csf含量、Ni含量和烧结工艺参数对Ti B2-Ti N基陶瓷刀具材料的微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:随着Csf含量的增大,Ti B2-Ti N陶瓷材料的硬度逐渐降低,而断裂韧度和抗弯强度先升后降;随着Ni含量的上升,Ti B2-Ti N陶瓷刀具材料的相对密度一直上升,而维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性一直下降;随着烧结温度的上升,Ti B2-Ti N陶瓷刀具材料的断裂韧性一直下降,而材料的相对密度、维氏硬度、和抗弯强度先上升后下降;随着保温时间的增大,Ti B2-Ti N陶瓷刀具材料的维氏硬度一直上升而材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性先升后降。得出当Csf含量为1.5wt.%时、Ni含量为10%、烧结温度为1600℃、烧结压力为20MPa和保温时间为40min时,Ti B2-Ti N-Csf陶瓷刀具材料的综合力学性能最好、各项力学性能搭配最优,其维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为19.92GPa、933.12MPa、10.81MPa·m1/2;Ti B2-Ti N陶瓷刀具材料的增韧补强机理主要是裂纹桥联,纤维增韧、裂纹偏转和晶粒拔出。实验研究了Ti B2-Ti N陶瓷刀具材料与典型难加工材料316L奥氏体不锈钢、YG6硬质合金和TC4钛合金的干摩擦磨损性能,研究结果表明:(1)Ti B2-Ti N陶瓷刀具材料与316L奥氏体钢球干摩擦过程中,磨损机理主要是粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。在65N的固定载荷下,材料的摩擦系数和磨损率随着滑移速度的增大而逐渐减小;在15m/s的固定滑移速度下,材料的摩擦系数和磨损率随着载荷的增大均逐渐增加。(2)Ti B2-Ti N基陶瓷材料与YG6硬质合金球摩擦磨损过程中,磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损。在65N的固定载荷下,材料的摩擦系数和磨损率随着滑移速度的增大均逐渐减小;在15m/s的固定滑移速度下,材料的摩擦系数随着载荷的增大逐渐减小,而材料的磨损率随着载荷的增大逐渐增加。(3)Ti B2-Ti N基陶瓷材料与TC4钛合金球摩擦磨损过程中,磨损机理主要是氧化磨损、磨粒磨损和粘着磨损。在65N的固定载荷下,材料的摩擦系数随着滑移速度的增大逐渐减小,而材料的磨损率随着滑移速度的增大逐渐增加;在15m/s的固定滑移速度下,材料的摩擦系数随着载荷的增大逐渐减小,而材料的磨损率随着载荷的增大逐渐增加。