多孔金属结合剂CBN砂轮孔隙结构对磨料层胎体力学性能的影响

为解决多孔金属结合剂CBN砂轮在高孔隙率下的强度下降问题，采用球形尿素颗粒为造孔剂，制作孔径、孔形和孔隙可控的多孔金属结合剂砂轮磨料层胎体，研究不同载荷情况下的孔隙率和孔隙排布等孔隙结构因素，对多孔金属结合剂磨料层胎体力学性能的影响规律。结果表明:孔隙有序排布时的胎体弹性模量要小于孔隙无序排布的；胎体材料的屈服强度随孔隙率增大而下降；在相同孔隙率下，孔隙有序排布的胎体，在纵向受压、孔隙正向排布的情况下屈服强度更高。      

单颗团聚CBN磨粒磨削TC4钛合金表面创成机制

目的 提出一种兼具耐磨性好、自锐性能优异的新型团聚CBN磨粒研制方法,解决单晶CBN磨粒因其力学特性各向异性而极易出现沿解理面大块破碎的问题,进而提升加工效率和磨削性能。方法 利用模压成形和高温液相烧结技术,制备了综合性能优异的新型团聚CBN磨粒,探究磨粒结合界面形成机制,并通过单颗磨粒磨削TC4钛合金试验,综合对比团聚CBN磨粒与单晶CBN磨粒的磨损状态和磨痕形貌,探明团聚CBN磨粒的磨削性能优势。结果 团聚CBN磨粒烧结界面新生成了TiB2、TiB和TiN;优选的烧结工艺参数为800 ℃,保温时间为10 min;相比于单晶CBN磨粒,团聚CBN磨粒的耐磨性和锋利度显著提升,磨削加工效率和质量明显改善。结论 由于团聚CBN磨粒内部微晶颗粒间金属结合剂的存在,提高了磨粒的断裂韧性,降低了因磨粒内部裂纹扩展而引起的宏观裂纹损伤深度,有效提升了磨粒的加工性能;磨削过程中随着磨粒的不断磨损,未出露的CBN晶粒逐渐参与磨削,确保了磨粒工作面有效磨粒数的动态平衡,有助于提升磨粒整体自锐能力。     

缓进深切磨削钛基复合材料磨削温度的研究

颗粒增强钛基复合材料（PTMCs）是具有高强度、高硬度和良好耐热性的新型金属基复合材料,在航空航天领域具有广阔应用前景。针对PTMCs材料极易发生的磨削烧伤问题,开展PTMCs材料的缓进深切磨削研究,对磨削过程中磨削温度和工件表面形貌的变化规律进行了分析。利用有限元温度仿真的方法,研究缓进深切磨削PTMCs传入工件的热量比例。结果显示:缓进深切磨削PTMCs过程中,磨削深度大于0.6 mm时容易发生烧伤;当工件材料表面发生严重烧伤时会产生裂纹;随着磨削深度增大,加工表面形貌逐渐变差。      

基于混合材料模型的颗粒增强钛基复材高速磨削温度研究

针对颗粒增强钛基复合材料（Particulate reinforced titanium matrix composites,PTMCs）高速磨削加工,建立一种三维混合材料磨削温度场有限元仿真计算模型,既考虑了Ti-6Al-4V基体材料特性,又包含了材料内部的TiC增强颗粒,由此分析了高速磨削过程中温度场特征及其演变规律。结果表明：基于三维混合材料模型的PTMCs磨削温度预测值与试验值相差小（为8%以下）,而基于普通均质材料模型的磨削温度预测值与试验值相差大（为16%以上）。PTMCs工件表面磨削温度随着磨削用量的增加逐渐上升。当砂轮线速度为120 m/s、工件进给速度为6 m/min时,磨削深度从20 μm增加到100 μm,PTMCs工件表面磨削温度从346℃增加到987℃,温度梯度值从1 070~624℃/mm增加到1 570~1 310℃/mm。磨削温度及其分布梯度对PTMCs亚表层显微组织变化层深度存在显著影响,磨削深度从40 μm上升到80 μm,显微组织变化层深度从22 μm增大到40 μm;当磨削深度进一步从80 μm增加到100 μm时,显微组织变化层深度增加到53 μm。     

TiN颗粒增强AgCuTi合金钎焊CBN磨粒的界面微结构

向Ag-Cu-Ti合金中加入TiN颗粒组成复合钎料.在加热温度920 ℃和保温时间5 min的工艺下进行立方氮化硼(CBN)磨粒与45#钢基体的连接实验.运用三维视频显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析TiN颗粒、Ag-Cu-Ti合金、CBN磨粒和钢基体之间的结合界面的微观组织结构.结果表明:加入的TiN颗粒在结合剂层中分布均匀、致密,且显著细化了结合剂层(复合钎料层)显微组织,提高了结合剂层的显微硬度;加入TiN颗粒后仍可确保结合剂层与钢基体之间的良好结合;复合钎料对CBN磨粒有好的润湿性,TiN颗粒未对CBN磨粒与结合剂层的界面化学反应造成负面影响,实现了对CBN磨粒的牢固连接.     

刚玉砂轮缓进深切磨削K444镍基高温合金研究

为评价K444高温合金的磨削加工性能,采用棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮进行磨削试验,对比分析其磨削力、磨削比能、磨削工件的表面形貌和表面粗糙度以及砂轮磨损。结果表明:相比于白刚玉砂轮,棕刚玉砂轮的磨削力更小,磨削后工件表面粗糙度低,其表面粗糙度R_a在0.206～0.455 μm,更易获得光滑的磨削表面。对表面粗糙度的敏感度分析发现:2种刚玉砂轮对切深a_p最敏感,其次是工件进给速度v_w,对砂轮线速度v_s敏感度最小;棕刚玉砂轮磨削K444高温合金的砂轮磨损程度更低,当材料去除率R_MRR处于0.3～1.0 mm3/(mm·s)时,2种砂轮的磨损比在1.36～1.40。      

活性元素Ti在CBN与钎料结合界面的特征

通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪研究了Ag-Cu-Ti钎料中的活性元素Ti在钎料与立方氮化硼（CBN）磨粒高温钎焊结合界面的扩散现象，并运用动力学分析对界面反应层的生长过程及反应激活能进行了探讨。结果表明：钎焊过程中，钎料中的活性元素Ti明显向磨粒侧扩散偏聚并发生化学反应，实现了磨粒与基体材料的牢固结合；钎焊CBN磨粒表面生成的TiB2和TiN化合物形貌接近平衡状态下生长的理想形貌；界面反应层在钎焊温度1153K～1193K，保温时间5min～20min之间依据抛物线生长法则所得扩散激活能值表明其生长过程主要受新生TiN影响。     

基于残余应力分布优选钎焊CBN磨粒出露高度

采用测量红外光谱峰值偏移的方法确定钎焊CBN磨粒内部中心轴线以及磨粒与钎料截面径向的残余应力，分析了磨粒内部残余应力的分布特征，并优化选择了钎焊砂轮工作面上CBN磨粒的出露高度。结果表明：钎焊CBN磨粒内部中心区域残余应力分布比较稳定，应力梯度小；在中心轴线两端以及截面径向外端，应力分布梯度较大，主要为拉应力，其中，钎焊CBN磨粒边缘部分的最大残余拉应力对磨粒力学性能影响最大，钎焊CBN磨粒出露高度为其自身高度的60%～70％为宜。     

磨削速度对碳化硅陶瓷磨削损伤影响机制研究

碳化硅陶瓷高速磨削过程中,磨粒对工件材料强力冲击,应变率剧增、复杂显微结构对应力波传送响应转变,材料力学行为发生变化,目前高速磨削对材料去除机制影响的物理本质认识还不清楚。为此,开展磨削速度对SiC陶瓷磨削裂纹损伤影响机制研究。通过单颗磨粒磨削SiC陶瓷试验,分析了磨削速度对SiC陶瓷磨削表面形貌、磨削亚表面裂纹损伤深度、磨削力和磨削比能的影响规律。试验结果表明,当SiC陶瓷材料以脆性方式去除时,磨削速度对裂纹损伤影响最为显著,随着磨削速度从20 m/s增加到160 m/s,磨削亚表面裂纹损伤深度从12.1μm快速降低到6μm。采用Voronoi法建立了金刚石磨削多晶SiC陶瓷有限元仿真模型,当磨粒切厚为0.3μm,磨削亚表面损伤以微裂纹为主;当磨粒切厚为1μm时,随着磨削速度增加,磨削亚表面裂纹损伤深度从14.7μm降低到4.6μm,磨削亚表面宏观沿晶裂纹逐渐变为微观裂纹。基于位错理论和冲击动力学理论,揭示了高速磨削过程中位错密度的增加和晶界反射应力波对应力场削弱作用是高速磨削SiC陶瓷裂纹损伤“趋肤效应”产生的机理。