硬质合金刀具刀—屑元素扩散特性及粘焊形成机制研究

摘要

硬质合金刀具在加工高强度钢过程中普遍会出现“粘刀”的现象，针对这一现象本文以筒节材料(2.25Cr-1Mo-0.25V)这种特殊的高强度钢作为被加工材料进行研究，本文的研究内容依托于国家自然基金“高效重型切削筒节材料刀具粘结破损机理研究”(课题编号51075109)展开。在切削实验研究的基础上，对刀-屑接触区力热环境、刀-屑粘焊的影响因素、形成条件及过程进行研究分析。并通过元素扩散实验，计算得到工件材料中主要元素在硬质合金刀具的扩散系数及扩散激活能，探讨以元素浓度为指标的刀-屑粘焊判别方法。为完善刀-屑粘焊理论及刀具粘结破损机理，改善刀具抗粘结破损性能，提高刀具使用寿命提供参考。
　　首先，通过硬质合金刀具切削筒节(2.25Cr-1Mo-0.25V)实验中的力热数据及刀具的粘焊微观形貌分析，得出刀-屑接触区的力热环境，刀-屑粘焊界面处的连接形式。通过对刀具的能谱扫描及涂层刀片与非涂层刀片的形貌对比分析，得到切削过程中刀-屑元素扩散与刀-屑粘焊的影响关系。以奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti与牌号为YT15硬质合金作为扩散偶进行元素扩散实验，得到刀工材料间的扩散特性及铁铬镍三种元素在YT15刀具中的扩散系数及扩散激活能。
　　其次，通过对刀具宏观及微观的观察分析，结合对刀具表面的能谱扫描，并借助高速摄影这一先进手段，对刀具发生刀-屑粘焊的整个过程进行实时观察，获得刀-屑粘焊及粘焊层的形成过程。对切削实验现象分析，得出刀-屑粘焊的形成条件，分析切削过程中的断续切削、刀具的磨损破损及裂纹对刀-屑粘焊的影响。
　　最后，通过刀-屑粘焊界面附近的元素扫描，结合菲克定律得出粘焊层形成判别条件。并结合空间维度时间维度的元素浓度曲线对基于元素浓度的刀-屑粘焊识别进行探讨研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 切削过程中刀-屑粘焊及元素扩散行为

1．3．1 切削过程中的刀-屑粘焊

1．3．2 异种金属材料的扩散行为

1．3．3 硬质合金刀具切削过程元素扩散

1．4 课题的主要内容

第2章 硬质合金刀具切削高强度钢实验研究

2．1 实验方案设计

2．1．1 工件材料的性能分析

2．1．2 硬质合金刀具的选择

2．1．3 实验装置及切削用量的选择

2．2 实验结果及分析

2．2．1 切削力的分析

2．2．2 切削温度的分析

2．3 非涂层刀具刀-屑粘焊微观形貌分析

2．4 涂层刀具刀-屑粘焊微观形貌分析

2．5 本章小结

第3章 硬质合金与高强度钢元素扩散特性分析

3．1 扩散实验方案

3．2 实验结果分析

3．3 扩散试件与刀-屑粘焊连接界面形貌对比

3．4 元素扩散影响因素分析及扩散系数计算

3．4．1 元素浓度对比及扩散影响因素分析

3．4．2 能谱分析及扩散系数计算

3．5 本章小结

第4章 硬质合金刀具刀-屑粘焊形成及影响因素

4．1 刀-屑粘焊形成分析

4．1．1 刀具粘焊表面元素浓度及形貌变化

4．1．2 硬质合金刀具刀-屑粘焊形成过程

4．1．3 刀-屑粘焊层的形成分析

4．2 刀-屑发生粘焊条件分析

4．2．1 刀具及工件材料条件

4．2．2 刀-屑粘焊的力热条件

4．3 切削过程中刀-屑粘焊影响因素分析

4．3．1 断续切削对刀-屑粘焊的影响

4．3．2 刀具表面微裂纹对刀-屑粘焊的影响

4．3．3 刀具表面磨损破损对刀-屑粘焊的影响

4．4 本章小结

第5章 硬质合金刀具粘焊层形成及刀-屑粘焊识别

5．1 粘焊层形成判别条件

5．2 粘焊层厚度预报模型

5．2．1 切削过程中的元素扩散浓度曲线

5．2．2 基于铁元素浓度曲线的粘焊层厚度预报

5．3 硬质合金刀具刀-屑粘焊的识别研究

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢