现代陶瓷刀具材料以其优异的力学性能和切削性能,把金属切削加工的能力和水平提高到一个新的高度。虽然纳米陶瓷刀具材料力学性能有了较大的提高,但纳米陶瓷刀具材料的断裂韧度仍偏低。现在陶瓷刀具材料大多是采用“试凑法”研制的,研制周期长。材料的力学性能取决于材料的微观组织,因此对陶瓷刀具材料微观组织的模拟具有十分重要的意义,可以指导纳米陶瓷刀具材料的研发,缩短其研发周期。本文分析了陶瓷刀具材料微观组织对其力学性能的影响、晶粒生长理论、Monte Carlo Potts模型和Monte Carlo模拟算法,在二维Monte Carlo Potts模型和模拟算法的基础上,建立了三维Monte Carlo Potts模型和模拟算法,并对陶瓷刀具材料的微观组织进行了模拟研究。基于微软公司开发的Visual C++6.0平台,利用C++编程语言和OpenGL图形接口,对三维模拟模型进行了程序设计,开发了陶瓷刀具材料微观组织三维模拟软件,该软件可对陶瓷刀具材料烧结过程中微观组织演变过程进行模拟,可同时输出任意时刻的三维模拟结果、垂直于模拟区域棱边的任意截面和模拟数据,并可对陶瓷烧结过程中的各种影响因素进行定量分析。研究了晶粒取向数Q、晶格点阵尺度、保温时间、烧结温度和烧结压力对陶瓷刀具材料微观组织模拟结果的影响。结果表明,三维模拟时晶粒取向数Q取200是比较合适的;模拟模型使用周期性边界条件,晶格点阵尺度对其模拟结果的影响不大。分别建立了模拟时间和保温时间之间转换模型、烧结温度和晶粒生长速度之间的关系模型、烧结压力和晶粒生长速度之间关系模型,并把上述模型耦合到三维模拟模型中,建立了更符合实际情况的陶瓷刀具材料微观组织三维模拟物理模型。对考虑烧结工艺参数的三维模拟模型进行了模拟,结果表明,随着模拟时间的增长,晶粒的平均半径呈抛物线规律不断增大;随着烧结温度和烧结压力的升高,晶粒平均半径不断增大;烧结温度对晶粒生长的影响大于烧结压力对晶粒生长的影响,表明所建立的三维模拟模型是可靠的。研究了晶粒生长指数、晶粒数和模拟时间的关系。结果表明,在晶粒生长达到稳态后,晶粒生长指数为0.4623,接近于理论值0.5,证明了本文所建立的模拟模型是正确的;晶粒数和模拟时间是双曲线关系,即晶粒数随模拟时间的延长成双曲线形式减少。建立了无缺陷两相陶瓷刀具材料微观组织三维模拟模型并进行了模拟。结果表明,第二相晶粒越小和含量越高,其对基体相晶粒生长的阻碍作用越强;当基体相间晶界能、第二相间晶界能及基体相和第二相间晶界能越接近时,第二相对基体相的阻碍作用越弱。建立了含有气孔的陶瓷刀具材料微观组织三维模拟模型并进行了模拟。结果表明,气孔对基体相晶粒长大具有明显的阻碍作用,在相同的模拟时间下,不含气孔时陶瓷刀具材料的平均晶粒半径大于含有气孔时陶瓷刀具材料的平均晶粒半径。