微波烧结氧化铝基陶瓷刀具的研究

摘要

本文结合微波烧结技术的特点，通过设计专用助烧保温装置、调整成型压力、改进微波烧结工艺参数成功制备出性能优良的Al2O3/TiC陶瓷刀具材料，并对其力学性能、微观组织结构进行了研究。将新研制的刀具材料进行切削实验，研究了刀具的切削性能与磨损机理，并与硬质合金刀具YS8及热压烧结的市售LT55陶瓷刀具进行了对比。
　　在选定的成型压力范围内，刀具毛坯致密度随着成型压力的增大而增大。当成型压力为200MPa时所得烧结体的致密度最佳，此时刀具的轴向收缩率为23.8％，径向收缩率为19.5％。
　　当烧结温度为1700℃，保温时间为10min时，微波烧结Al2O3/TiC陶瓷刀具材料的力学性能最佳，其维氏硬度和断裂韧度分别为21.2GPa和5.18MPa·m1/2。在不同的微波烧结温度及保温时间下Al2O3和TiC之间均无化学反应发生。
　　研究了新研制的陶瓷刀具AT连续切削淬硬40Cr合金钢时的切削性能。结果表明，在f=0.1mm/r，ap=0.1 mm时，三个不同切削速度(173m/min、260m/min、350m/min)下，AT刀具寿命约是LT55刀具的1.14～1.6倍;在大进给量的条件(v=260m/min、f=0.12mm/r)下，AT刀具的抗磨损能力不如LT55刀具。AT刀具的主要磨损形态以前、后刀面磨损和边界磨损为主，磨损机理主要是磨粒磨损和粘结磨损。
　　研究了新研制的陶瓷刀具AT续切削淬硬T10A工具钢时的切削性能。结果表明，在切削速度v=104m/min时，AT刀具的使用寿命约是LT55刀具的1.6倍。在切削速度v=155m/min时AT刀具的使用寿命不如LT55刀具。AT刀具的主要磨损形态以前、后刀面磨损为主，磨损机理主要是磨粒磨损和粘结磨损，随着切削速度的提高，AT刀具微崩刃现象越严重。在较高切削速度(v=155m/min)下，刀具还存在扩散磨损。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 Al2O3基陶瓷刀具材料的研究现状

1．2．2 微波烧结技术原理及特点

1．2．3 微波烧结氧化铝基陶瓷刀具材料的研究现状

1．3 论文主要研究内容

2 微波烧结Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的设计及制备方法

2．1 微波烧结Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的设计

2．1．1 设计原则

2．1．2 刀具材料组分的确定

2．1．3 化学相容性分析

2．1．4 物理相容性分析

2．2 微波烧结Al2O3／TiC陶瓷刀具的制备与测试

2．2．1 原材料粉末的性能指标及成分配比

2．2．2 原料混合

2．2．3 模压成型

2．2．4 微波烧结

2．2．5 性能测试

2．2．6 微观组织及物相分析

2．3 本章小结

3 成型压力对微波烧结Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的影响

3．1 成型压力对刀具材料烧结收缩性能的影响

3．2 成型压力对刀具材料致密度的影响

3．3 成型压力对刀具材料力学性能的影响

3．4 成型压力对刀具材料微观结构的影响

3．5 本章小结

4 微波烧结工艺对Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的影响

4．1 烧结温度对微波烧结Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的影响

4．1．1 烧结温度对刀具材料物相组成及微观结构的影响

4．1．2 烧结温度对刀具材料性能的影响

4．2 保温时间对微波烧结Al2O3／TiC陶瓷刀具材料的影响

4．2．1 保温时间对刀具材料物相组成及微观结构的影响

4．2．2 保温时间对刀具材料力学性能的影响

4．3 本章小结

5 微波烧结Al2O3／TiC陶瓷刀具切削性能的研究

5．1 连续切削淬硬40Cr合金钢时的切削性能研究

5．1．1 试验条件

5．1．2 刀具切削性能分析

5．1．3 刀具磨损形态与磨损机理的分析

5．2 连续切削淬硬T10A工具钢时的切削性能研究

5．2．1 实验条件

5．2．2 刀具切削性能分析

5．2．3 刀具磨损形态与损坏机理的分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 创新点

6．3 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况