纳米微粉热侵渗高速钢刀具切削性能的研究

摘要

刀具涂层技术作为提高刀具切削性能的有效途径，己引起世界各国制造业的高度重视，得到了迅速的发展和推广应用。本文采用先进的纳米热侵渗技术，得到了纳米复合渗层刀具，并对刀具渗层特性及渗层刀具的切削性能进行了研究。 在渗层特性测定中，用扫描电镜对刀具表面和截面的观察表明，纳米金刚石颗粒与高速钢基体的匹配较为理想，渗层组织均匀、细密。用扫描电镜能量谱装置对截面成份进行了分析，可知，从表面到内部层区域材料的成分发生了变化，表面具有较高的含碳量，含碳量比未渗透的麻花钻晶粒的组织化学成分中的含碳量普遍高出两倍以上，Mo 含量提高了五倍，其他化学成分也有少许的变化。纳米颗粒的进入，改变纳米复合高速钢的微观组织的同时，也对其力学性能产生巨大的影响，使纳米复合高速钢具有纳米材料的力学特性，即，高的硬度、低的弹性模量、高的韧性，而由于纳米颗粒的浓度随着深度的变化，从表面到材料内部，硬度值逐渐降低，弹性模量逐渐增加，这说明，纳米复合高速钢是一种梯度材料，在产生硬度梯度的同时，也产生了相反趋势的弹性模量梯度。 用纳米热侵渗W18Cr4V高速钢麻花钻对A3钢、不锈钢、炮钢几种具有不同强度和硬度试件材料进行了大量的切削试验，分析了纳米热侵渗刀具的切削性能及磨损特性。结果表明：与未处理钻头相比，纳米热侵渗W18Cr4V高速钢麻花钻的切削性能明显改善，钻头寿命延长。纳米热侵渗钻头的初期磨损阶段较长，正常磨损阶段明显延长，但是在后期，在切削热的作用下，致使麻花钻在未达到磨钝标准就失去钻削性能。进一步用 SEM 对钻头磨损区域的观察表明：外缘转角区，在切削速度较低时表现为粘结磨损，在切削速度较高时则热氧化、粘结磨损为主要的磨损失效形式；主切削刃中间部分一般为粘结磨损；横刃区主要由于强烈的挤压作用产生高温，导致粘结磨损和热氧化磨损。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2课题来源和研究意义

1.3高速钢刀具涂层技术的发展现状及存在问题

1.3.1发展趋势

1.3.2性能特点

1.3.3存在问题

1.4纳米金刚石热侵渗技术的发展与应用

1.4.1纳米金刚石简介和发展状况

1.4.2传统金刚石镀膜技术

1.4.3纳米金刚石热侵渗高速钢的性能特点

1.4.4纳米金刚石热侵渗高速钢的发展前景

1.4.5纳米金刚石热侵渗高速钢的大工业生产可行性

1.4.6纳米金刚石热侵渗技术的研究意义

1.5本课题的研究思路和研究内容

第2章纳米热侵渗处理技术对高速钢性能的影响

2.1纳米金钢石热侵渗装置与制备

2.1.1纳米金刚石热侵渗原理

2.1.2处理过程

2.1.3纳米颗粒的进入

2.1.4纳米复合W18Cr4V高速钢的特殊的微观组织

2.2纳米复合W18Cr4V高速钢的力学性能的特点

2.2.1超高的表面硬度

2.2.2弹性模量

2.3小结

第3章实验原理及条件

3.1引言

3.2实验条件

3.3实验方案

3.4实验数据的采集

3.5在时间上力的比较分析

3.6本章小结

第4章纳米热侵渗高速钢刀具切削性能

4.1工件材料对钻头切削性能的影响

4.2纳米技术处理钻头与普通高速钢的钻头寿命和钻削力比较

4.2.1切削用量对钻头寿命的影响

4.2.2切削用量对钻削力的影响

4.3摩擦系数的变化与力的关系

4.4钻头磨损对钻削力的影响

4.5切屑形态与钻孔质量比较

4.6小结

第5章纳米热侵渗刀具的磨损机理和失效形式

5.1刀具磨损过程

5.2高速钢钻头常规磨损特性

5.3纳米热侵渗刀具磨损原因

5.4纳米金刚石热侵渗高速钢钻头的磨损规律

5.4.1与未经过纳米复合技术处理钻头的磨损规律对比

5.4.2工件材料对钻头磨损的影响

5.4.3切削速度对钻头磨损的影响

5.5纳米金刚石热侵渗高速钢钻头的磨损特征

5.5.1横刃的磨损特征

5.5.2外缘转角磨损特征

5.5.3主切削刃后刀面的磨损特征

5.6纳米金刚石热侵渗高速钢钻头的失效特征分析

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢