高熵合金的机械加工及实验研究

摘要

多组元高熵合金设计理念是在传统的多元合金设计思想的基础上对传统的合金发展框架的突破而形成的一种新的合金发展思路。高熵合金体系不但呈现简单的微观结构，而且具有优良的综合性能。其具有高温热稳定性、耐蚀性、高强度、高硬度、高抗氧化性和优异的磁电性能等优势，因而成为一种极具发展潜力的新兴材料，并具有丰富的应用层面。目前对于高熵合金的机械加工尚未有很多研究，各方面也未形成完整的理论体系，基于高熵合金的特殊性能，其机械加工机理与传统晶体金属材料将有所差别。 微磨削是指采用直径为1mm左右的微磨棒对材料进行的磨削加工，微磨削作为精密加工的关键技术已经广泛应用在各高新技术产业中。随着科技发展，各领域都对产品的微型化提出了新的要求，这也对微磨削技术提出了新的挑战。经过多年的发展，微磨削加工技术已经成为一种重要加工方法，并且以其高效率和高柔性的特点闻名于世，微磨削是一个极具开发潜力和活力的研究方向。 高熵合金的机械加工是一个有待发展的领域，本文以有限元仿真的方法和单因素实验的方法为主，并辅以正交实验法，对高熵合金机械加工机理进行研究，研究具体内容如下: (1)分析了高熵合金的组织结构和材料模型;总结微磨削与传统磨削的异同，从理论上探讨硬脆材料的微尺度磨削理论。 (2)利用DEFORM软件建立单磨粒磨削模型和单齿铣削模型，探究不同加工参数下的磨削铣削过程中的切削力、温度场和应力场的变化规律;探究磨粒不同负前角对磨削力和磨削温度的影响。 (3)通过单因素实验研究，分析了两种高熵合金微磨削加工中加工参数、磨削方式、磨粒材料、磨料粒度和磨棒直径对磨削力的影响规律，并与传统晶体材料黄铜H62做对比。通过正交实验研究，分析各加工参数对磨削力影响的主次顺序。 (4)通过单因素实验研究，分析了两种高熵合金微磨削加工中加工参数、磨削方式、磨粒材料、磨料粒度和磨棒直径对表面质量的影响规律，并与传统晶体材料黄铜H62做对比，分析该材料的微磨削特征;通过磨屑形态研究材料的去除形式;通过正交实验研究，分析各加工参数对粗糙度影响的主次顺序，并得到最优参数组合。

目录

声明

摘要

1．1课题背景与来源

1．2高熵合金的国内外研究状况及发展动态

1．2．1高熵合金的性能

1．2．2高熵合金的特性

1．2．3高熵合金当前研究现状

1．3微加工技术

1．3．1微尺度加工机理研究情况

1．3．2微型机床

1．4课题研究的目的与意义

1．4．1课题研究目的

1．4．2工程意义和使用价值

1．5论文的主要研究内容

第2章高熵合金微磨削的加工机理研究

2．1高熵合金的理论研究

2．1．1高熵合金的组织结构

2．1．2高熵合金的材料模型

2．2硬脆材料微尺度磨削理论

2．2．1微尺度磨削中的未变形切削厚度

2．2．2微尺度磨削表面粗糙度模型

2．2．3微磨削切屑的形成

2．3使用金刚石和CBN磨棒磨削加工的特点

2．4本章小结

第3章高熵合金磨削铣削有限元仿真研究

3．1有限元仿真的原理及关键技术

3．1．1有限元仿真软件DEFORM的介绍

3．1．2高熵合金的本构模型

3．1．3切屑与工件的分离准则及接触摩擦

3．2有限元仿真模型的建立

3．2．1单磨粒磨削模型的建立

3．2．2铣削模型的建立

3．2．3仿真模型的设置步骤

3．3磨削温度有限元模拟的结果与分析

3．3．1温度场的变化分析

3．3．2已加工表面上节点最高温度变化规律

3．3．3距磨削表面不同深度的节点最高温度的变化规律分析

3．3．4磨削区最高温度随切削深度的变化规律

3．3．5磨削区最高温度随主轴转速的变化规律

3．3．6磨粒的负前角对磨削区最高温度的影响

3．4磨削力有限元模拟的结果与分析

3．4．1磨削力随切削深度的变化规律

3．4．2磨削力随主轴转速的变化规律

3．4．3磨粒的负前角对切削力影响

3．5铣削温度有限元模拟的结果与分析

3．5．1铣削温度场的变化分析

3．5．2切削区最高温度随切削深度的变化规律

3．5．3切削区最高温度随切削线速度的变化规律

3．6铣削力有限元模拟的结果与分析

3．6．1切削力随切削深度的变化规律

3．6．2切削力随切削速度的变化规律

3．7应力场的变化分析

3．8本章小结

第4章微磨削力的分析

4．1实验材料及设备

4．1．1实验材料的介绍

4．1．2实验设备及检测设备

4．2加工参数对磨削力的影响

4．3磨削方式对磨削力的影响

4．4磨粒材料对磨削力的影响

4．5磨料粒度和磨棒直径对磨削力的影响

4．6本章小结

第5章微磨削加工表面质量的分析

5．1实验检测设备

5．2加工参数对表面质量的影响

5．2．1微磨削参数对粗糙度的影响

5．2．2不同加工参数下的表面形貌

5．3磨粒材料对表面质量的影响

5．3．1磨粒材料对表面粗糙度的影响

5．3．2不同磨粒材料加工后的表面形貌

5．4逆磨和顺磨对表面质量的影响

5．5不同磨料粒度磨棒对加工表面质量的影响

5．6不同直径磨棒对表面质量的影响

5．7加工后磨屑形态及刀具磨损

5．8本章小结

6．1研究结论

6．2研究展望

参考文献

致谢