Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及切削性能研究

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Ti(C,N)基金属陶瓷作为近年来发展较快的一种新型刀具复合材料,不仅具有较好的综合力学性能,而且具有密度小、导热性好、摩擦系数小等优良物理性能。在切削加工领域金属陶瓷已部分取代了硬质合金进行高速切削以及半精加工、精加工,适于干切削。本文用有限元模拟分析预测Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削性能,并用切削实验验证模拟的正确性,为选择合理的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具几何参数提供参考依据。采用粉末冶金法、真空烧结工艺制备了TiC原始粒度不同的两组Ti(C,N)基金属陶瓷材料。采用XRD、SEM、EDS方法分析物相、显微组织及组成成分,并测试其室温力学性能。对比结果表明:由纳米TiC原始粉末制备的金属陶瓷(Cermets B)组织晶粒细小均匀,抗弯强度和硬度比微米TiC原始粉末制备的金属陶瓷高。在DEFORM有限元模拟软件中建立三维切削有限元模型,对不同后角的切削过程进行仿真模拟,对模拟的等效应力场、温度分布及磨损量分析得到,自制的不同TiC原始粉末粒度的两种金属陶瓷刀具最佳后角为5°。用微米TiC粉末和纳米TiC粉末制备的两种Ti(C,N)基金属陶瓷刀具进行切削实验,工件材料为正火态45号钢。实验结果表明,刀具后角5°切削时,两种金属陶瓷刀具的耐用度最好,验证了有限元模拟预测的正确性。通过SEM观察刀具后刀面磨损形貌,分析失效形式及磨损机理。在高速切削下,本实验自制的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具主要以氧化磨损和扩散磨损为主。
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