Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具裂纹愈合性能研究

针对陶瓷刀具对裂纹敏感的问题,在Si3N4/TiC陶瓷刀具材料基体中添加ZrSi2裂纹愈合剂,使陶瓷刀具具有了裂纹自愈合能力。当ZrSi2的体积分数为10%时,Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具材料具有较好的综合性能,其抗弯强度为815 MPa,断裂韧性为8.06 MPa·m1/2,维氏硬度为15.91 GPa,并且其相对密度可以达到99.72%。通过维氏硬度计在陶瓷刀具材料表面引入裂纹,研究了以ZrSi2为愈合剂的Si3N4/TiC基陶瓷材料裂纹的最佳愈合参数和愈合机理。研究表明：添加ZrSi2体积分数为10%的Si3N4/TiC/ZrSi2预制裂纹试样,在空气气氛中800 ℃热处理60 min后,其抗弯强度可以恢复到光滑试样的92.02%,试样表面长度为300～350 μm的裂纹完全愈合,并且试样表面形成了一层以ZrO2和SiO2为主要成分的氧化层。分析陶瓷刀具材料的裂纹愈合机理表明：在空气热处理过程中,部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2优先与氧气发生反应生成ZrO2、SiO2,这两种氧化物愈合了材料表面的裂纹,恢复了裂纹试样的强度。同时在切削过程中,部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2的氧化产物ZrO2和SiO2 可以及时修复裂纹,提高刀具的耐磨性。     

计算智能技术在陶瓷材料优化设计中的应用

综述了计算智能在陶瓷材料优化设计中的应用现状,阐明了利用人工神经网络以及遗传算法预测陶瓷材料性能和组分优化的方法,介绍了人工神经网络、遗传算法与免疫算法和模拟退火算法相结合的高效计算智能方法以及模糊神经网络在材料设计中的应用,分析了陶瓷材料优化设计中存在的问题并提出了今后的研究方向。     

Cr/x/DLC复合涂层刀具切削铝硅合金切削性能研究

类金刚石(Diamond-Like Carbon,DLC)涂层刀具结合了基体强度高、韧性好以及涂层硬度高、耐磨性高的优点,可以有效降低刀-屑间摩擦,提高刀具切削寿命和加工效率。采用直流磁控溅射和等离子体辅助化学气相沉积(Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition,PACVD)法分别在硬质合金刀具基体上制备了单一DLC涂层、Cr/W-DLC/DLC复合涂层和Cr/CrN/DLC复合涂层。对比研究了具有不同Cr/x/DLC过渡层的DLC复合涂层硬质合金刀具加工过共晶结构铝硅合金AC9B的切削性能。研究结果表明:切削铝硅合金时,相对于无涂层硬质合金刀具,DLC涂层硬质合金刀具可以明显降低切削力和切削温度,并且具有更长的刀具切削寿命;Cr/W-DLC/DLC复合涂层硬质合金刀具的切削力最小,切削寿命最长。经显微分析,发现DLC涂层硬质合金刀具切削铝硅合金时的磨损机理主要是黏结磨损和硬质点磨损。     

涂层刀具切削淬硬H13模具钢的切削性能研究

基于有限元方法选取4种不同涂层材质的刀具进行切削淬硬H13模具钢仿真加工,研究涂层材质和切削速度对刀具切削性能的影响。从切削力和切削温度两个方面考虑,在相同切削条件下,Ti Al N涂层刀具的切削性能最优,Al_2O_3涂层刀具引起的已加工表面塑性变形最小;随着切削速度的提高,切削力和切削温度不断增加,工件材料已加工表面的塑性变形也逐渐增大。     

粉末高温合金加工表面显微结构和力学性能变化研究

在切削加工粉末高温合金过程中,严重的塑性变形导致已加工表面出现显微组织结构和力学性能的变化。在已加工表面出现的白层体现出加工表面显微结构和力学性能的变化,对高温合金加工表面质量的影响至关重要。为了揭示粉末高温合金已加工表面显微组织结构和力学性能的变化,开展了切削速度对粉末高温合金FGH95已加工表面白层形成影响的研究。研究发现随着切削速度的提高,FGH95高温合金已加工表面出现的白层厚度增大。对加工表面进行显微观察发现在表面覆盖着一层致密的、无明显组织特征的白层结构。通过对加工前后材料的XRD测试分析得出FGH95粉末高温合金基体材料以Ni基固溶体的形式存在,而加工之后表面的显微组织结构则明显与基体材料不同。这说明在切削过程中粉末高温合金已加工表面发生了Ni基固溶体组织结构的变化。对FGH95高温合金已加工表面进行晶粒度测量发现,切削速度越高晶粒细化现象越明显。对高温合金切削表面白层进行力学性能测试表明,白层的显微硬度随着切削速度的提高而增大;存在于高温合金已加工表面白层中的残余应力为拉应力,且随着切削速度的提高拉应力增大。粉末高温合金已加工表面显微结构和力学性能变化研究可以揭示高温合金表面完整性的形成机理,为已加工表面质量的预测和控制提供理论依据。     

基于Fluent的涂层刀具切削热传导研究

切削过程中,第二变形区刀具前刀面和切屑底部摩擦产生的热量通过刀—屑接触面流入到刀具体中,进而引起刀具温度的升高,过高的刀具温度会降低刀具强度,缩短刀具寿命。本文基于Fluent固体能量方程构建刀—屑接触面传热有限元模型,探讨涂层刀具在切削H13淬硬模具钢时涂层材料、涂层厚度和刀—屑实际接触面积对刀—屑接触面传热的影响规律。研究结果表明:在相同的刀—屑接触面温度和相同的涂层厚度条件下,Al2O3涂层对切削热传导的阻碍作用最为明显;涂层越厚,则刀—屑接触面处温差越大,较厚的刀具涂层能够有效降低刀具体内温度;刀—屑的不完全接触对刀—屑接触面处的热传导影响较大,随着刀—屑实际接触面积的减少,刀—屑接触面处的温差逐渐增加,减小刀—屑实际接触面积有利于降低刀具体内温度。