纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具切削性能的研究

制备了纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀片 ,并用该刀片与普通TiC基金属陶瓷刀片进行了对比切削试验。结果表明 ,添加TiN纳米粒子可有效改善TiC基金属陶瓷刀具的机械性能和切削性能 ,改性金属陶瓷刀片可以较高切削速度加工碳钢和合金钢 ,此时其主要失效形式为粘结磨损     

纳米TiN改性金属陶瓷刀具的磨损性能研究

研究了纳米TiN改性TiC金属陶瓷刀具（纳米改性金属陶瓷刀具，下同）与普通Ti（C，N）基金属陶瓷刀具及硬质合金刀具在切割正火态45钢时的磨损曲线及磨损机理。结果表明：纲米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具的效果明显；与硬质合金刀具相比，纳米改性金属陶瓷刀具优良的综合性能使其具有更同的耐磨性。刀具的失效形式主要是磨损及崩刃。     

金属陶瓷刀具研究有重大创新

合肥工业大学材料学院刘宁教授主持研究的国家科技攻关重大项目《纳米TiN(即纳米氮化钛)、AIN(即氮化铝)改性的TiC(即碳化钛)基金属陶瓷刀具制造技术》,于2000年12月9日通过安徽省科学技术厅的鉴定。专家们认为该研究全面、深入、系统,在纳米TiN添加改性、纳米TiN分散、最佳添加量优化等方面的研究突出,是金属陶瓷刀具研究领域的一项重要创新,开拓了纳米材料的新应用领域,其总体研究成果达到国际先进水平。 　　该项目研究纳米TiN改性TiC基金属陶瓷材料,在金属陶瓷中主要加入纳米氮化钛以后可以细化晶粒,晶粒细小有利于提高材料的强度、硬度,同时断裂韧性也得到提高,这对开发和研制新型刀具材料具有重要的意义。同时,研究表明纳米AIN对刀具材料的发展也将起到积极的推动作用。研制的纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具具有优良的力学性能,是一种高技术含量、高附加值的新型刀具,经用户4个多月的应用表明,该刀具可部分取代YG8、YT15等硬质合金刀具,刀具切削寿命提高2倍以上,生产成本与采用YG8刀具相当或略低,市场前景广阔,经济效益和社会效益显著。     

切削正火态45钢新型可转位金属陶瓷铣刀性能研究

用传统粉末冶金方法制备了一种新型纳米TiN改性TiC基金属陶瓷可转位铣刀片。研究了这种面铣刀片在切削正火态45钢时的铣削性能及其失效机理。试验表明,该铣刀片具有很高的耐机械冲击和抗磨损性能。切削用量适中时,未发现刀片“崩刃”现象,最终均以“磨损”的形式失效。因此,刀片具有很长的寿命。在断续高速切削钢件时,其失效机理除了机械磨损外,化学磨损也不可忽视。     

纳米TiN提高金属陶瓷刀具耐磨损性能的机理研究

研究纳米TiN显著提高TiC基金属陶瓷刀具耐磨损性能的机理。结果表明 ,纳米TiN在晶界上的分布阻碍了TiC晶粒的长大 ,细化了金属陶瓷组织 ,提高了强度、硬度等力学性能 ,使金属陶瓷刀具的耐磨损性能提高。     

纳米氮化钛陶瓷刀具研制成功

近日，安徽省合肥工业大学材料学院主持的国家科技攻关重大项目-纳米TiN、AIN改性的TiC基金属陶瓷刀具制造技术通过国家有关部门的鉴定，这标志着我国利用纳米材料研制的新型陶瓷刀具正式诞生。     

新型金属陶瓷刀具在干切削中的应用

以纳米TiN改性的金属陶瓷刀具为研究对象，用粉末冶金冷压成型工艺制成标准刀片，经过单因素切削45号钢实验发现该刀片与普通硬质合金相比具有更高的硬度、高温稳定性和抗磨损能力。是一种可用于干切削生产实践的理想刀具。     

新型纳米金属陶瓷刀片切削性能的研究

通过对某硬质合金厂最新开发的纳米金属陶瓷刀片与普通金属陶瓷刀片、硬质合金YT15刀片切削性能对比试验研究，得出了纳米金属陶瓷刀片的试验性能数据，建立了切削力指数公式。试验研究表明，该刀片耐磨性好、耐用度高、切削性能好，是精加工和半精加工的理想刀具。     

纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具切削试验与分析

通过切削试验 ,研究了纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具在切削 40Cr和正火态 45钢时的切削性能和失效形式。结果表明 ,该种刀具有良好的切削性能 ,可用于较高速度下钢的切削 ,其主要失效形式为磨损。     

纳米改性金属陶瓷刀具材料最佳纳米粉添加量的研究

提出了将纳米TiN粉体添加到常规的金属陶瓷中来制备纳米TiN改性金属陶瓷刀具材料的新方法,着重对最佳的纳米TiN的添加量进行了研究。对含不同纳米TiN添加量试样的力学性能测试表明,不同的纳米TiN添加量对所研制的金属陶瓷刀具材料的力学性能的影响是不同的,当纳米TiN添加量在6%~8%时,可获得较好的综合力学性能。分析了不同的纳米TiN添加量对材料微观组织的影响。     

陶瓷刀具材料切削加工G4335V高强钢时的耐磨性能研究

本文对Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具材料切削加工Ｇ４３３５Ｖ高强钢时的切削性能和耐磨性进行了试验研究。结果表明：在低速切削条件下，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具和硬质合金刀具（ＹＴ１５）的抗后面磨损能力相差不大，而在高速切削条件下，前者的抗后面磨损能力远高于后者。Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具前面的磨损形式主要为粘结磨损，后面的磨损形式主要为磨粒磨损。     

MULTI-SCALE AND MULTI-PHASE NANOCOMPOSITE CERAMIC TOOLS AND CUTTING PERFORMANCE

An advanced ceramic cutting tool material Al2O3/TiC/TiN (LTN) is developed by incorporation and dispersion of micro-scale TiC particle and nano-scale TiN particle in alumina matrix. With the optimal dispersing and fabricating technology, this multi-scale and multi-phase nanocomposite ceramic tool material can get both higher flexural strength and fracture toughness than that of Al2O3/TiC (LT) ceramic tool material without nano-scale TiN particle, especially the fracture toughness can reach to 7.8 MPa·m0.5. The nano-scale TiN can lead to the grain fining effect and promote the sintering process to get a higher density. The coexisting transgranular and intergranular fracture mode induced by micro-scale TiC and nano-scale TiN, and the homogeneous and densified microstructure can result in a remarkable strengthening and toughening effect. The cutting performance and wear mechanisms of the advanced multi-scale and multi-phase nanocomposite ceramic cutting tool are researched.     

陶瓷涂层刀具切削灰铸铁的试验研究

为了探究陶瓷涂层刀具涂层材质、基体材质对切削性能的影响,试验采用四种陶瓷涂层刀具连续干切削灰铸铁,测试了切削力和切削温度的变化情况以及后刀面的磨损量和已加工表面的粗糙度。结果表明,在刀具基体同为Si_3N_4的条件下,涂层材质为Ti N/Al_2O_3/Ti C的刀具比Ti N/Al_2O_3的切削性能好;在涂层材质同为Ti N的条件下,刀具基体Al_2O_3/Ti CN比Al_2O_3/Ti C的切削性能好。研究发现:四种陶瓷涂层刀具前刀面磨损形式均为微崩刃和月牙洼,后刀面磨损形式均为磨粒磨损和粘着磨损,涂层的磨损形式均为剥落和扩散磨损。     

Al_2O_3+TiC+Si_3N_4陶瓷刀具材料的切削性能试验

本文概述了陶瓷刀具材料的类型,并通过对新陶瓷刀具材料Al_2O_3+TiC+Si_3N_4的切削试验表明,其切削性能介于Al_2O_3+TiC与Si_3N_4二者之间,但成本较低,对工件材料适应性较强,是一种有开发及使用价值的新陶瓷刀具材料。     

Cutting performance of Si<Subscript>3</Subscript>N<Subscript>4</Subscript>/TiC micro-nanocomposite ceramic tool in dry machining of hardened steel

A type of Si₃N₄/TiC micro-nanocomposite ceramic cutting tool material was fabricated using Si₃N₄ micro-matrix with Si₃N₄ and TiC nanoparticles. Cutting performance of the Si₃N₄/TiC ceramic cutting tool in dry cutting of hardened steel was investigated in comparison with a commercial Sialon insert. Hard turning experiments were carried out at three different cutting speeds, namely 97, 114, and 156 m/min. Feed rate (f) and depth of cut (a _p) were fixed at 0.1 mm/rev and 0.2 mm, respectively. Results showed that cutting temperature increased rapidly to nearly 1000 °C with increasing cutting speed. The two types of cutting tools featured similar wear behavior. However, the Si₃N₄/TiC micro-nanocomposite ceramic cutting tool exhibited better wear resistance than the Sialon tool. Morphologies of crater and flank wear were observed with a scanning electron microscope. Results indicated that wear variation of the two types of ceramic cutting tools differed in the same conditions. Wear of the Si₃N₄/TiC micro-nanocomposite ceramic cutting tool is mainly dominated by abrasion and adhesion, whereas that of the Sialon ceramic cutting tool is dominated by abrasion, adhesion, thermal shock cracking, and flaking.     

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。     

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。     

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.     

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。     

Wear mechanisms of several cutting tool materials in hard turning of high carbon–chromium tool steel

The present study illustrates the performance of three different cutting tool materials, namely: PCBN, TiN coated PCBN, and mixed aluminum ceramic (Al₂O₃+TiC) in the turning of medium hardened D2 tool steel (52 HRC). Formation of Cr–O tribofilms on the ceramic tool surface as a result of interaction with the workpiece material and environment (identified by X-ray Photoelectron Spectroscopy) leads to improvement of lubricating properties at the tool/chip interface. Obtained results revealed that the mixed alumina ceramic tool can outperform both types of PCBN under different machinability criteria.