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.     

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。     

基于梯度结构的Al2O3/ZrO2陶瓷刀具材料的制备及其力学性能

采用真空热压烧结方式制备了Al₂O₃/ZrO₂梯度复合陶瓷刀具材料,并对ZrO₂含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为2.0的AZE20梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(18.7±0.33) GPa,抗弯强度为(937±28.5) MPa,断裂韧性为(8.2±0.32) MPa·m^1/2,相比最佳ZrO₂含量的均质复合陶瓷刀具材料AZ20,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别增加了22%、37.8%和43.8%。梯度结构的设计使表层形成残余压应力,晶粒得到一定程度的细化,更多的ZrO₂晶粒因残余压应力尺寸稳定在t相ZrO₂晶粒尺寸。在复合材料断口形貌中发现,其断裂方式为表层穿晶断裂和中间层沿晶断裂的结合,这种混合断裂方式使刀具整体力学性能得到提高。     

微米硬质相对相变增韧陶瓷刀具材料的影响

本文分别研究了微米TiC和微米TiN对陶瓷刀具材料Al2O3-3Y-ZrO2微观结构和力学性能的影响。结果表明,添加微米TiC后,陶瓷刀具材料的断裂韧度略有下降。添加微米TiN的陶瓷刀具材料A5Nm20Z在烧结温度为1650℃、烧结压力为30MPa和保温时间为30min时的力学性能最好,抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度分别为845.14MPa、4.87MPa·m1/2和16.40GPa。     

一种自润滑陶瓷材料的制备及其摩擦性能

采用热压工艺制备了Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷材料,研究了其力学、摩擦学性能。结果表明：当CaF2含量为10％时,Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和1537HV。Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度。室温千摩擦条件下,当CaF2含量为10％时,摩擦因数最低,约为0．28左右;CaF2含量为15％的陶瓷反而具有较大的摩擦因数,达到了0．32左右。     

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。     

Al2O3/TiC纳米复合刀具材料的力学性能与增韧强化机理

利用热压烧结工艺，制备成功Al2O3／TiC纳米复合陶瓷刀具材料。与同组分的微米级刀具材料相比，其断裂韧度和抗弯强度分别提高74．5％和23．5％。SEM观察表明，Al2O3／TiC纳米复合陶瓷刀具材料的断裂方式主要是穿晶断裂，材料的断口处存在大量的晶粒拔出。TEM观察到Al2O3／TiC纳米复合材料中有典型的内晶结构。     

高温自润滑陶瓷刀具材料及其切削性能的研究

以TiB2为添加剂,Al2O3为基体,制备了Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料。以该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用其在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Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料本身的高温自润滑。研究了Al2O3/TiB2陶瓷刀具在切削高温作用下刀具表面的摩擦化学反应机理,分析了刀具表面自润滑膜的组成结构。结果表明：Al2O3/TiB2陶瓷刀具在干切削淬硬钢时,当切削速度大于120 m/min时,开始表现出高温自润滑性能。自润滑膜的组成为Al2O3/TiB2陶瓷刀具中TiB2的氧化产物,它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用,进而降低前刀面的摩擦因数,减轻刀具的粘着磨损,提高刀具的耐磨性能,具有良好的减摩和抗磨作用。     

ATC自润滑陶瓷刀具摩擦磨损性能实验研究

用力学性能较好的Al(OH)3把力学性能较差的CaF2进行包覆,用于制备以CaF2为核、以Al(OH)3为壳的CaF2@Al(OH)3复合微粒,以包覆性固体润滑剂的形式添加到陶瓷基体材料中。利用热压烧结工艺制备A12O3/TiC/CaF2@Al(OH)3自润滑陶瓷刀具,然后对其制备流程与工艺、微观构造、力学及切削性能进行了研究分析。     

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。     

基于微波烧结工艺的氧化铝基陶瓷刀具的研究

采用微波烧结的方法制备了Al_2O_3/TiC陶瓷刀具材料,研究了TiC含量和烧结温度对氧化铝基陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响。结果表明,在烧结温度为1 700℃,TiC的含量为30%时,刀具材料具有最好的综合力学性能,其维氏硬度和断裂韧度分别为20.46GPa和4.90 MPa·m~(1/2)。微观组织分析可知,TiC可钉扎于材料晶界处,适量的TiC颗粒可改善材料的组织均匀性,提高刀具的力学性能。     

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。     

短切碳纤维C_(sf)含量对TiC基复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

金属烧结剂选择Ni和Co,增强相选择短切碳纤维C_(sf),采用真空热压烧结技术,在1500°C下制备了短切碳纤维C_(sf)含量不同的TiC基复合陶瓷刀具材料。研究了C_(sf)的含量对TiC基复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明:加入C_(sf)后,复合陶瓷刀具材料断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂方式并存,在C_(sf)含量增加的过程中,TiC基复合陶瓷刀具材料的硬度逐步下降,抗弯强度和断裂韧度先变大后减小;当增加到2wt%C_(sf)时,获得了最佳的力学性能,硬度为14.32±0.16GPa,断裂韧度为8.70±0.15MPa·m~(1/2),抗弯强度为695.63±15.01MPa。     

三种陶瓷刀具材料的摩擦磨损性能研究

以Al2O3、Al2O3/TiC与Al2O3/(W,Ti)C陶瓷刀具材料作为研究对象,在高速环-块摩擦磨损试验机上研究3种陶瓷刀具材料在相同试验条件下的摩擦磨损性能,并利用ANSYS有限元软件分析计算磨损时的应力分布.结果表明:3种陶瓷的摩擦磨损性能与其在Al2O3基体中的添加成分有关.3种陶瓷在高速下的耐磨性优于低速,磨损率随着摩擦速度的增大而呈下降趋势,随载荷的增大而呈上升趋势,其中Al2O3/(W,Ti)C陶瓷刀具的耐磨性最优,其耐磨性能主要与力学机械性能有关.通过有限元分析可知,3种陶瓷的最大剪应力大于最大主应力,在剪应力作用下,更容易发生磨粒磨损.     

纳米碳化钛颗粒对纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的影响

研究了纳米TiC对陶瓷刀具材料Al203 - 3Y - Zr02 - TiCn的微观结构和力学性能的影响.结果表明,A5Tn20Z在烧结温度为1650℃、烧结压力为30MPa和保温时间为30min时的力学性能最好,抗弯强度904.7MPa,断裂韧度4.16MPa· m1/2,维氏硬度17.43GPa.     

Al_2O_3/TiC/Mo/Ni微纳陶瓷复合材料的微观结构与性能

采用真空热压烧结技术制备了纳米TiC体积分数为3%~5%的Al2O3/TiC/Mo/Ni微纳陶瓷复合材料,并对其力学性能、相对密度、微观结构和三点弯曲断口形貌进行了研究。结果表明:微纳陶瓷复合材料中存在非典型的灰芯/白环结构;复合材料的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合形式;添加的纳米粒子分布于Al2O3基体晶粒的内部与晶界,形成了晶内/晶界型结构,细化了晶粒,强化了晶界,提高了复合材料的强度和相对密度,其抗弯强度、断裂韧度、硬度和相对密度分别为970MPa,5.5MPa·m1/2,20.4GPa和99.5%。     

石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的有限元模拟

利用有限元方法研究了组成分布指数和梯度自润滑层厚度(层厚)对石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的影响;采用层铺-烧结法制备该梯度自润滑复合材料,利用X射线衍射法测试其表面残余应力,并与模拟结果进行了对比.结果表明:径向压应力主要分布在梯度自润滑层的表层,在金属陶瓷基体与梯度自润滑层界面边缘处存在严重的应力集中;随着组成分布指数的增大,表面径向压应力增大,界面处应力减小;增大层厚可以改善界面处的应力分布,但表面径向压应力也随之降低;最佳组成分布指数为1.0～2.0,层厚为1.0～1.5 mm;试验测得的表面残余压应力随层厚的变化与模拟结果基本一致.     

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.     

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%。