论文部分内容阅读
金属陶瓷刀具材料的低韧性和低耐磨性问题,限制了其发展。为了推动其发展,本文采用非均匀成核法对c-BN进行表面包覆处理后,将其添加到混料中,使其均匀分布在陶瓷相颗粒的晶内或晶界处,陶瓷相和添加相颗粒间在烧结过程中,因热失配而产生的残余应力,可以改变断裂方式,进而改善材料的性能;且c-BN的高硬度性,能增强刀具耐磨性;陶瓷相为固溶体材料,可以起到固溶强化的作用,通过三者的共同作用,制备了(Ti,W)C基和(W,Ti,Ta)C基金属陶瓷刀具,并对其力学性能、微观结构和切削性能进行了研究。制备了一种分散性良好、包覆效果良好的包覆粉体(c-BN@Al2O3),并将其添加到刀具中,烧结出了(Ti,W)C基金属陶瓷刀具。研究了c-BN@Al2O3对刀具的强化机理,c-BN@Al2O3的存在可以抑制(Ti,W)C颗粒的生长;可以保证c-BN不相变而发挥其优异的物理性能;会引入Al2O3材料,而Al2O3有助于烧结,会改善材料的致密性;同时c-BN@Al2O3的存在,会引入了裂纹偏转等多种增韧机制。对比了c-BN和c-BN@Al2O对刀具材料的影响,c-BN@Al2O3作用效果优于c-BN。且添加10vol.%c-BN@Al2O3的刀具材料综合性能最优,抗弯强度、硬度和断裂韧性分别可以达到1021.35±26.62 MPa、21.11±0.57 GPa和13.25±0.42 MPa·m1/2。采用多相固溶体材料作为陶瓷相,制备了(W,Ti,Ta)C基金属陶瓷刀具材料,研究了固溶强化对刀具材料的强化作用。与(Ti,W)C/Ni/Mo/Co刀具材料相比,无添加相的(W,Ti,Ta)C/Ni/Mo/Co材料中,通过固溶技术引入了Ta元素,而Ta元素的存在会抑制(W,Ti,Ta)C颗粒生长,会使得陶瓷相颗粒晶格畸变严重,进而改善材料的力学性能。同时分析了c-BN@Al2O3的作用,添加10vol.%c-BN@Al2O3的改善效果最好,抗弯强度、硬度和断裂韧性分别可以达到1462±49 MPa、19.81±0.43 GPa和13.68±0.51 MPa·m1/2。最后研究了刀具的切削性能,通过单因素实验法,确定了刀具切削难加工材料40Cr的最优切削参数。分析了包覆粉体和固溶强化对刀具的切削性能影响,结果表明,包覆粉体的存在可以改善刀具的摩擦系数,降低刀具的切削温度,同时改善了刀具力学性能,提高了刀具的使用寿命;固溶强化可以改善(W,Ti,Ta)C基金属陶瓷刀具的摩擦系数,进而可以有效降低刀具的切削性能和使用寿命,改善刀具的加工表面质量。