SiC晶須與納米顆粒協同增韌Al2O3基陶瓷刀具及其切削性能研究.pdf

1、氧化鋁陶瓷因其耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕以及價格低廉等優(yōu)點，成為陶瓷刀具最常用的基體材料之一。為克服其脆性，擴大其應用范圍，對氧化鋁基陶瓷刀具材料進一步增韌補強一直是研究者關注的熱點。本研究將一維材料碳化硅晶須和零維材料碳化硅納米顆粒同時添加到氧化鋁基體中，發(fā)揮晶須和納米顆粒的協同增韌補強作用，在優(yōu)化的燒結工藝下制備了室溫綜合力學性能良好的Al2O3-SiCw-SiCnp新型復合陶瓷刀具材料。分析了新型復合陶瓷刀具材料AW20P5的高溫力

2、學性能演變規(guī)律及演變機制;并初步研究了所研制的AW20P5陶瓷刀具加工奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能。
　　研究了不同特性的β-SiC晶須(β-SiCw)和β-SiC納米顆粒(β-SiCnp)原材料對復合陶瓷刀具材料性能的影響。結果表明，原材料的特性對刀具材料的性能的提高至關重要，具有良好的微觀組織特征的β-SiCw-Ⅱ和β-SiCnp-Ⅱ對刀具材料的增韌補強效果較優(yōu)。通過實驗研究獲得了一套晶須和納米顆粒的分散混合工藝

3、，以使晶須和納米顆粒在基體中能夠均勻分布，克服其纏繞團聚現象。
　　研究了晶須與納米顆粒的含量以及燒結工藝對Al2O3-SiCw-SiCnp復合陶瓷刀具材料的力學性能的影響;并分別研究了SiC晶須及納米顆粒各自的增韌補強機理，以及二者的協同增韌補強效果。結果表明，當SiCw和SiCnp的添加量分別為20vol％和5vol％時，AW20P5刀具材料的綜合力學性能最優(yōu);在優(yōu)化的真空熱壓燒結工藝即燒結溫度1700℃、保溫時間30min時

4、AW20P5刀具材料獲得最佳綜合力學性能，分別為抗彎強度730MPa、斷裂韌度5.6MPa·m1/2和維氏硬度18.0GPa。SiCw的主要增韌補強作用體現在晶須橋聯、晶須拔出和裂紋偏轉;SiCnp主要通過晶粒細化、斷裂模式的轉變、裂紋偏轉以及微裂紋增韌對刀具材料起到增韌補強的作用，同時添加SiCw和SiCnp具有顯著的協同增韌補強效果。
　　研究了AW20P5復合陶瓷刀具材料的高溫力學性能變化規(guī)律，結果表明本研究中AW20P5刀

5、具材料的高溫抗彎強度隨溫度的升高先升高后降低，在850℃達到最大值673MPa。斷裂韌度隨溫度的升高首先持續(xù)降低，在1200℃時有所升高，這時刀具材料表現出了明顯的塑性。高溫下SiC的氧化、彈性模量的降低導致了材料力學性能的降低，微裂紋和缺陷的愈合以及界面結合強度適當程度的減弱有利于材料高溫力學性能的提高。
　　研究了AW20P5陶瓷刀具連續(xù)濕式切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能，并與自制刀具AW5P20和商用刀具SG

6、4進行了對比。通過正交實驗優(yōu)化了AW20P5陶瓷刀具濕式連續(xù)切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時的切削參數，最佳切削參數分別為切削速度140m/min，切削深度0.3mm，進給量0.2mm/r。在此切削參數下，研究了AW20P5、AW5P20和SG4三種陶瓷刀具連續(xù)濕式切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削性能，并分析了其磨損機理。結果表明，三種刀具中，AW20P5的切削性能最佳，失效形式為前刀面月牙洼磨損和后刀面磨損，失效機理是