一种Al2O3基陶瓷刀具的切削性能研究

采用热压工艺制备了一种Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具材料,对其进行了切削性能试验,分析了其切削磨损机理并比较了三种陶瓷刀具的切削性能。试验结果表明,在切削淬硬45^#钢和铸铁时,Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的耐磨性与Al2O3／TiC陶瓷刀具接近,但明显高于Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具;Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的后刀面磨损量随切削速度和背吃刀量的增加而增大。SEM分析发现,在切削淬硬45^#钢和铸铁时Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具后刀面主要磨损形式为磨粒磨损。     

Al_2O_3-20%TiB_2/Al_2O_3-20%TiC对称型叠层陶瓷刀具的切削性能

以Al2O3为基体,以TiB2和TiC为增强相,通过粉末叠层以及热压烧结工艺制备了Al2O3-20%TiB2/Al2O3-20%TiC对称型叠层陶瓷刀具材料,对其抗弯强度与断裂韧度进行了测试,采用该材料刀具对淬火45钢进行高速切削试验,并与Al2O3-20%TiC陶瓷刀具的切削性能进行了对比。结果表明:对称型叠层陶瓷刀具材料的抗弯强度和断裂韧度分别为651 MPa和4.59 MPa·m1/2,比Al2O3-20%TiC陶瓷的分别提高了11 MPa和0.59 MPa·m1/2;对称型叠层陶瓷刀具的切削力和磨损均较小,切削性能明显优于Al2O3-20%TiC陶瓷刀具的。     

高温自润滑陶瓷刀具材料及其切削性能的研究

以TiB2为添加剂,Al2O3为基体,制备了Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料。以该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用其在切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料本身的高温自润滑。研究了Al2O3/TiB2陶瓷刀具在切削高温作用下刀具表面的摩擦化学反应机理,分析了刀具表面自润滑膜的组成结构。结果表明：Al2O3/TiB2陶瓷刀具在干切削淬硬钢时,当切削速度大于120 m/min时,开始表现出高温自润滑性能。自润滑膜的组成为Al2O3/TiB2陶瓷刀具中TiB2的氧化产物,它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用,进而降低前刀面的摩擦因数,减轻刀具的粘着磨损,提高刀具的耐磨性能,具有良好的减摩和抗磨作用。     

Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具切削过程中的减摩机理

在Al2O3/TiC陶瓷刀具基体内加入固体润滑剂CaF2来改善其摩擦学特性,制备出Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具.以该陶瓷刀具对45钢进行干切削试验,结果表明添加固体润滑剂的Al2O3/TiC/CaF2自润滑刀具的摩擦因数比未添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷刀具显著降低,表现出了良好的减摩效果.在切削过程中,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具中的固体润滑剂由于受到摩擦和挤压作用而析出,能在刀具前刀面上形成润滑膜,可阻止刀-屑间的粘着,显著降低前刀面与切屑间的平均摩擦因数.对自润滑陶瓷刀具切削后磨损表面显微分析表明,前刀面在切削过程中形成了自润滑膜的生成、破损、脱落和再生的循环过程.因此,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷刀具在其整个生命周期内始终具有润滑效果.     

稀土强韧化陶瓷刀具材料的研制

研制出一种稀土钇强韧化Al2O3/Ti(C,N)新型陶瓷刀具材料,并对其力学性能和切削性能作了研究,表明稀土钇的适量添加能有效改善Al2O3/Ti(C,N)陶瓷刀具材料的力学性能,其抗变强度和断裂专访性分别达到1010MPa和6.1MPam^1/2。大量的切削实验表明,在切削淬硬45钢时,该刀具材料不仅具有良好的耐磨性能。而且具有较好的抗破损性能,其抗破损性能比相应不含稀土钇的Al2O3/Ti(C,N)陶瓷刀具材料高约20%。     

新型陶瓷刀具材料的磨损性能研究

研究了Al2O3/SiC/（W，Ti）C新型陶瓷刀具材料在切削铸铁时的耐磨性能。结果表明：在低速发削铸铁时，该陶瓷刀具表现出良好的耐磨性能，其磨损机理主要是磨粒磨损；在高速切削铸铁时，由于化学反应和溶解磨损的共同作用，导致粘结磨损加剧，从而降低了该陶瓷刀具材料的耐磨性能。     

高速干车削钴基高温合金的陶瓷刀具磨损机理研究

针对难加工材料钴基高温合金GH605,采用Al2O3基和Sialon基陶瓷刀具进行高速干车削试验,分析在不同切削速度下的刀具后刀面磨损量、刀具磨损形式以及磨损机理.研究表明:Sialon基陶瓷刀具后刀面磨损量大于Al2O3基陶瓷刀具后刀面磨损量;Al203基陶瓷刀具主要磨损形式为前后刀面的正常磨损、前后刀面的非正常剥落和微崩刃,低切削速度时磨损机理主要为磨粒磨损、黏结磨损,高切削速度时还伴有氧化磨损;Sialon基陶瓷刀具磨损形式主要以破损为主.该研究可以为高速干车削钴基高温合金的高性能陶瓷刀具的设计、刀具寿命预测等提供理论指导.     

Al2O3/TiC梯度功能陶瓷刀具的切削性能及损坏机理

采用粉末叠层填充—轴向热压烧结工艺研制成功性能优良的Al2 O3/TiC梯度功能陶瓷刀具 ,并在柴油机排气阀外圆粗车工序中与普通陶瓷刀具LT55进行了对比切削试验。结果表明 ,Al2 O3/TiC梯度功能陶瓷刀具的寿命比LT55提高 50 %,梯度功能陶瓷刀具的破损主要是机械疲劳作用所致 ,而LT55刀具的破损主要是热疲劳作用的结果。     

原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究

本文提出了原位反应自润滑陶瓷刀具的概念,即利用刀具切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现刀具的自润滑。研制成功以Al2O3为基体、ZrB2为增强相、ZrO2为弥散相的新型自润滑陶瓷刀具材料,并对其制备工艺、性能、微观结构等进行了深入的研究。对原位反应自润滑刀具材料的高温氧化和摩擦磨损特性     

多元梯度自润滑陶瓷刀具材料的研制

针对均质自润滑陶瓷刀具材料不能合理兼顾减摩性能及耐磨性能的难题,运用功能梯度材料的设计思想研制出一种梯度自润滑陶瓷刀具材料。这种新型自润滑刀具材料的特征是固体润滑剂由其表层向内层梯度减少,并且材料表层存在残余压应力。提出多元梯度材料的组成分布模型,按该模型得出的组分梯度设计结果,采用粉末叠层铺填与真空热压烧结工艺制备Al2O3/TiC/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具材料。该梯度自润滑陶瓷刀具材料的显微结构呈现出与组成分布一致的梯度变化,表层形成了残余压应力,其抗弯强度、硬度和断裂韧度分别比相应的均质材料提高了21%、16%和5.9%。材料强度的提高主要是由于CaF2由表层到中间层梯度减少,硬度和断裂韧度的提高归因于材料表层的残余压应力。以Al2O3/TiC/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具和相应的均质自润滑陶瓷刀具对45钢进行干切削试验,结果表明,梯度刀具的耐磨性能优于均质刀具。