陶瓷刀具材料具有高的硬度、耐熱性、耐磨性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性,具有廣闊的應(yīng)用前景。梯度納米復(fù)合是提高陶瓷刀具材料強度和韌性的又一有效手段。本文面向鐵基高溫合金GH2132的加工,通過物化相容性分析確定了梯度納米復(fù)合陶瓷刀具的材料體系,應(yīng)用性能預(yù)報結(jié)果優(yōu)化了梯度結(jié)構(gòu),并最終研發(fā)成功兩種具有優(yōu)異性能的梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料。通過物理化學(xué)相容性分析,確定了梯度納米復(fù)合陶瓷刀具的材料體系：基體相為Si3N4,增強相為(W, Ti)C、Co,燒結(jié)助劑采用Y2O3+Al2O3體系。應(yīng)用層數(shù)和層厚比的概念建立了梯度結(jié)構(gòu)�；谌c彎曲試驗、單向拉伸試驗的有限元模擬,分別預(yù)報了梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的抗彎強度、斷裂韌度以及抗機械沖擊性能,并研究了層數(shù)和層厚比對梯度材料性能的影響。結(jié)果表明,增加層數(shù)、減小層厚比有利于提高梯度陶瓷刀具材料的性能。根據(jù)設(shè)計結(jié)果,采用分層粉末鋪填和熱壓燒結(jié)技術(shù)成功制備了Si3N4/(W, Ti)C類和Si3N4/(W, Ti)C/Co類兩種梯度納米復(fù)合刀具材料GSWT52和GSWT52G。通過組分優(yōu)化,確定了梯度刀具材料每一層組分中增強相的最大添加量,即(W, Ti)C的添加...

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 本論文的研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 陶瓷刀具材料的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 梯度復(fù)合刀具材料的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 刀具材料的設(shè)計研究現(xiàn)狀
        1.2.4 鐵基合金的切削加工現(xiàn)狀
    1.3 論文研究目的和意義
    1.4 論文結(jié)構(gòu)與主要內(nèi)容
第2章 梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的設(shè)計
    2.1 材料體系的確定及物化相容性分析
        2.1.1 組份設(shè)計
        2.1.2 物理相容性分析
        2.1.3 化學(xué)相容性分析
    2.2 組分與梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.1 組分配比
        2.2.2 梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.3 基于靜態(tài)與動態(tài)性能預(yù)報的梯度結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        2.3.1 物性值的確定
        2.3.2 殘余應(yīng)力的仿真計算
        2.3.3 抗彎強度的預(yù)報
        2.3.4 斷裂韌度的預(yù)報
        2.3.5 抗機械沖擊性能仿真
    2.4 本章小結(jié)
第3章 梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的制備、力學(xué)性能與強韌化機理研究
    3.1 復(fù)合粉體的制備
        3.1.1 原材料概述
        3.1.2 復(fù)合粉體的制備流程
    3.2 刀具材料的燒結(jié)與制備
        3.2.1 燒結(jié)工藝的制定
        3.2.2 試樣與刀片的制備流程
    3.3 力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)測試方法
    3.4 組分優(yōu)化
        3.4.1 納米相含量的優(yōu)化
        3.4.2 增強相含量的優(yōu)化
        3.4.3 燒結(jié)助劑的優(yōu)化
    3.5 梯度結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        3.5.1 層厚比的優(yōu)化
        3.5.2 層數(shù)的優(yōu)化
        3.5.3 仿真結(jié)果驗證
    3.6 燒結(jié)工藝優(yōu)化
        3.6.1 燒結(jié)溫度的優(yōu)化
        3.6.2 保溫時間的優(yōu)化
    3.7 梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的強韌化機理
        3.7.1 基體β-Si₃N₄自增韌強化機理
        3.7.2 納米相的強韌化機理
        3.7.3 增強相的強韌化機理
        3.7.4 梯度結(jié)構(gòu)的強韌機理
    3.8 本章小結(jié)
第4章 梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的高溫力學(xué)性能研究
    4.1 材料高溫性能測試方法
        4.1.1 高溫抗彎強度
        4.1.2 高溫斷裂韌度
    4.2 高溫抗彎強度
        4.2.1 試驗結(jié)果
        4.2.2 性能衰減機理分析
    4.3 高溫斷裂韌度
        4.3.1 試驗結(jié)果
        4.3.2 性能變化機理分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料抗熱沖擊及熱疲勞性能研究
    5.1 材料抗熱沖擊及熱疲勞性能測試方法
        5.1.1 強度-衰減法
        5.1.2 壓痕-淬火法
    5.2 抗熱沖擊性能
        5.2.1 試驗結(jié)果
        5.2.2 強度衰減機理分析
    5.3 抗熱疲勞性能
        5.3.1 均質(zhì)與梯度刀具材料抗熱疲勞性能對比
        5.3.2 梯度結(jié)構(gòu)對刀具材料抗熱疲勞性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 梯度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的切削性能研究
    6.1 連續(xù)車削鐵基合金
        6.1.1 試驗條件
        6.1.2 切屑形態(tài)
        6.1.3 切削力與切削溫度
        6.1.4 刀具壽命與刀具失效演變
        6.1.5 刀具磨損特征與失效機理
        6.1.6 加工表面粗糙度
    6.2 斷續(xù)車削鐵基合金
        6.2.1 試驗條件
        6.2.2 切削力
        6.2.3 刀具壽命
        6.2.4 刀具破損特征與失效機理
    6.3 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文、參與項目及獲得的獎勵
致謝
附錄：已發(fā)表的英文論文
學(xué)位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3772228