基于固体润滑剂与原位反应双机制自润滑陶瓷刀具

采用真空热压烧结工艺,以Al2O3/TiB2为基体、CaF2为添加剂制备了Al2O3/TiB2/CaF2(ABF)自润滑陶瓷刀具,并对其进行了摩擦磨损试验和淬硬钢干切削试验。在摩擦磨损试验过程中,测定了4种不同CaF2含量的ABF陶瓷材料样品。摩擦磨损试验结果表明,ABF材料的平均摩擦因数随着CaF2含量的增加而减小,这是因为固体润滑剂CaF2在磨损过程中生成的润滑膜起到了一定的减摩作用。将ABF刀具和普通陶瓷刀具(AG2)在120 m/min切削速度下对45淬硬钢进行干切削试验,切削试验结果表明,ABF前刀面的平均摩擦因数比AG2陶瓷刀具前刀面的平均摩擦因数要显著偏小,主要原因是ABF自润滑陶瓷刀具在高速切削时,固体润滑剂CaF2和自身TiB2的原位反应同时生成了润滑膜,这种双重机制下生成的润滑膜具有极佳的润滑性能,其润滑效果随温度和切削速度的增加而显著提高。     

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.     

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。     

原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究

本文提出了原位反应自润滑陶瓷刀具的概念,即利用刀具切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现刀具的自润滑。研制成功以Al2O3为基体、ZrB2为增强相、ZrO2为弥散相的新型自润滑陶瓷刀具材料,并对其制备工艺、性能、微观结构等进行了深入的研究。对原位反应自润滑刀具材料的高温氧化和摩擦磨损特性     

Al_2O_3/Ti(CN)复合刀具材料的制备及切削性能研究

利用热压烧结工艺制备出Al2 O3 /Ti(CN)复合陶瓷刀具材料。测得该材料的平均抗弯强度为 82 0MPa ,平均断裂韧性为 7.4MPa·m1/ 2 ,维氏硬度为 2 0 .4GPa。通过与陶瓷刀具材料LT5 5、SG4的切削性能进行对比试验 ,发现其连续切削淬硬钢的性能高于SG4,但耐磨性能比LT5 5稍低 ,是一种适合连续切削铸铁与淬硬钢、尤其适合断续切削淬硬钢的刀具材料。     

多元梯度自润滑陶瓷刀具材料的研制

针对均质自润滑陶瓷刀具材料不能合理兼顾减摩性能及耐磨性能的难题,运用功能梯度材料的设计思想研制出一种梯度自润滑陶瓷刀具材料。这种新型自润滑刀具材料的特征是固体润滑剂由其表层向内层梯度减少,并且材料表层存在残余压应力。提出多元梯度材料的组成分布模型,按该模型得出的组分梯度设计结果,采用粉末叠层铺填与真空热压烧结工艺制备Al2O3/TiC/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具材料。该梯度自润滑陶瓷刀具材料的显微结构呈现出与组成分布一致的梯度变化,表层形成了残余压应力,其抗弯强度、硬度和断裂韧度分别比相应的均质材料提高了21%、16%和5.9%。材料强度的提高主要是由于CaF2由表层到中间层梯度减少,硬度和断裂韧度的提高归因于材料表层的残余压应力。以Al2O3/TiC/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具和相应的均质自润滑陶瓷刀具对45钢进行干切削试验,结果表明,梯度刀具的耐磨性能优于均质刀具。     

稀土强韧化陶瓷刀具材料的研制

研制出一种稀土钇强韧化Al2O3/Ti(C,N)新型陶瓷刀具材料,并对其力学性能和切削性能作了研究,表明稀土钇的适量添加能有效改善Al2O3/Ti(C,N)陶瓷刀具材料的力学性能,其抗变强度和断裂专访性分别达到1010MPa和6.1MPam^1/2。大量的切削实验表明,在切削淬硬45钢时,该刀具材料不仅具有良好的耐磨性能。而且具有较好的抗破损性能,其抗破损性能比相应不含稀土钇的Al2O3/Ti(C,N)陶瓷刀具材料高约20%。     

添加固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料及其减摩机理研究

采用热压工艺制备Al2O3/TiC/CaF2(ATF)自润滑陶瓷刀具材料,考察其室温下的机械性能,并通过切削性能试验分析其切削减摩机理。结果表明:添加固体润滑剂对陶瓷材料的机械性能有一定影响,其中CaF2含量为10%的Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的力学性能最好,强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV15·4GPa,可以用作刀具材料;ATF自润滑陶瓷刀具在切削过程中,减摩性能优于LT55陶瓷刀具,能够在前刀面形成一层较完整的固体润滑膜,膜的存在使得ATF自润滑刀具材料具有一定的减摩能力,而后刀面具有磨粒磨损的特征,由于磨粒的刻划作用而没有形成较完整的润滑膜。     

表面织构陶瓷刀具切削性能研究

采用激光在Al2O3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出不同的表面织构,制备出纳米织构陶瓷刀具及微纳米复合织构自润滑陶瓷刀具,并与传统陶瓷刀具进行干切削45淬火钢试验比较.结果表明:纳米织构陶瓷刀具不能够有效降低切削力、改善刀具黏结现象,但是可以减小刀具前刀面磨损凹坑,减少磨粒磨损;微纳米复合织构自润滑陶瓷刀具能够有效降低切削力,减小刀具磨损,改善刀具的切削性能.     

Al_2O_3-20%TiB_2/Al_2O_3-20%TiC对称型叠层陶瓷刀具的切削性能

以Al2O3为基体,以TiB2和TiC为增强相,通过粉末叠层以及热压烧结工艺制备了Al2O3-20%TiB2/Al2O3-20%TiC对称型叠层陶瓷刀具材料,对其抗弯强度与断裂韧度进行了测试,采用该材料刀具对淬火45钢进行高速切削试验,并与Al2O3-20%TiC陶瓷刀具的切削性能进行了对比。结果表明:对称型叠层陶瓷刀具材料的抗弯强度和断裂韧度分别为651 MPa和4.59 MPa·m1/2,比Al2O3-20%TiC陶瓷的分别提高了11 MPa和0.59 MPa·m1/2;对称型叠层陶瓷刀具的切削力和磨损均较小,切削性能明显优于Al2O3-20%TiC陶瓷刀具的。     

Al_2O_3-TiB_2 刀具的磨损特性

对ＴｉＢ２颗粒增强Ａｌ２Ｏ３刀具在车削正火态、调质态４５＃钢和球墨铸铁齿轮坯时的刀具磨损性能、磨损机理进行了研究，并与硬质合金刀具的耐磨性能进行了对比。结果表明：Ａｌ２Ｏ３┐ＴｉＢ２陶瓷刀具具有良好的耐磨性能。刀具磨损主要以脆性剥离为主，同时存在着犁耕和塑性流变过程，陶瓷刀具表面形成的粘结层结构疏松，与基体结合力较弱，较易脱落，不易形成粘结磨损。     

Al2O3-TiB2-ZrO2三元复合陶瓷刀具的性能研究

对Al2O3-TiB2-ZrO2三元复合陶瓷刀具的力学性能,连续切削工况下的磨损特性和断续切削工况下的抗冲击磨损特性进行了试验研究,结果表明,用TiB2,ZrO2复合强化Al2O3陶瓷材料可进一步提高刀具的韧性和强度,而硬度无明显下降,从而可获得良好的综合力学性能和耐磨性能。     

双重润滑条件下的刀具切削特性研究

为实现清洁切削技术,将Al2 O3包覆CaF2复合粉体作为添加相,采用真空热压烧结工艺制备了一种Ti(C,N)基自润滑金属陶瓷刀具(TMC刀具),研究了Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在微量润滑作用下切削300M钢的切削性能,结果表明:双重润滑与干切削方式相比,其三向切削力FX、FY、FZ分别减小了36.8％、13.1％和...     

Al2O3基陶瓷刀具车削300M超高强度钢的刀具寿命研究

采用对角正交回归试验法,求得Al2O3基陶瓷刀具切削300M超高强度钢的刀具寿命经验公式,并分析了切削用量对刀具寿命的影响.通过扫描电子显微镜的观察和能谱分析仪的分析,对Al2O3基陶瓷刀具的损坏形态和磨损机理进行了研究.研究表明:Al2O3基陶瓷刀具车削300M超高强度钢时,粘结磨损和磨粒磨损是主要的磨损机理;合理的切削参数为:切削速度200～300 m/min、切削深度0.1～0.15 mm、进给量0.05～0.1 mm/r.     

Wear behaviour of alumina based ceramic cutting tools on machining steels

The advanced ceramic cutting tools have very good wear resistance, high refractoriness, good mechanical strength and hot hardness. Alumina based ceramic cutting tools have very high abrasion resistance and hot hardness. Chemically they are more stable than high-speed steels and carbides, thus having less tendency to adhere to metals during machining and less tendency to form built-up edge. This results in good surface finish and dimensional accuracy in machining steels. In this paper wear behaviour of alumina based ceramic cutting tools is investigated. The machining tests were conducted using SiC whisker reinforced alumina ceramic cutting tool and Ti[C,N] mixed alumina ceramic cutting tool on martensitic stainless steel-grade 410 and EN 24 steel work pieces. Flank wear in Ti[C,N] mixed alumina ceramic cutting tool is lower than that of the SiC whisker reinforced alumina cutting tool. SiC whisker reinforced alumina cutting tool exhibits poor crater wear resistance while machining. Notch wear in SiC whisker reinforced alumina cutting tool is lower than that of the Ti[C,N] mixed alumina ceramic cutting tool. The flank wear, crater wear and notch wear are higher on machining martensitic stainless steel than on machining hardened steel. In summary Ti[C,N] mixed alumina cutting tool performs better than SiC whisker reinforced alumina cutting tool on machining martensitic stainless steel.     

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。