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《太原理工大学》 2018年
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碳纤维增韧补强TiC基陶瓷刀具的研究

姜龙凯  
【摘要】:本研究针对TiC基陶瓷刀具脆性大的缺点,以提高其力学性能为目标,研究了短切碳纤维含量、保温时间、金属粘结剂含量和烧结温度对TiC基陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,揭示了其增韧补强机理;研究其与难加工材料的摩擦磨损性能,揭示其磨损机理,具体研究内容及结果如下。首先依据陶瓷刀具材料的设计原则和本课题研究目标,确定了TiC基陶瓷刀具材料的增强相为TaC和短切碳纤维,金属相为Ni和Co,并分析了其物理化学相容性和润湿性,同时制定了其烧结工艺和实验方案,阐述了其测试方法。实验研究了短切碳纤维含量、保温时间、金属Ni含量和烧结温度对TiC-TaC-C_(sf)陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,研究结果表明:短切碳纤维含量从1wt.%增加到4wt.%,陶瓷复合材料的硬度逐渐降低,抗弯强度和断裂韧性先升后降;保温时间从30min延长到75min,陶瓷复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性先升后降;金属Ni含量从6wt.%增加到20wt.%,陶瓷复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性先升后降;烧结温度从1450℃增加到1600℃,陶瓷复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性先升后降。当烧结温度为1500℃、保温时间为45min、烧结压力为20MPa、短切碳纤维含量为2wt.%、Ni含量为10wt.%时,所制备的TiC-TaC-C_(sf)陶瓷刀具材料的力学性能最佳,其硬度达到了18.26GPa,抗弯强度达到了955.7MPa,断裂韧性达到了13.51MPa·m1/2;其增韧机理是碳纤维的拔断、碳纤维的桥联、裂纹的桥联和裂纹的偏转;其断裂模式是沿晶断裂和穿晶断裂共存的断裂模式。实验研究了TiC-TaC-C_(sf)陶瓷刀具材料与典型难加工材料201不锈钢材料、TC4钛合金材料、YN6硬质合金的干摩擦磨损性能,研究结果表明:与201不锈钢材料对磨,在相同载荷的条件下,摩擦系数随着滑移速度的增加不断减少,而磨损率不断增大;在相同滑移速度下,摩擦系数随着载荷的增加不断减少,磨损率不断增大;对磨过程中主要的磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损。与TC4钛合金材料对磨,相同载荷下,摩擦系数随着滑移速度的增加不断减少,磨损率不断增加;相同滑移速度下,摩擦系数随着载荷的增加不断减少,磨损率不断增加;对磨过程中主要的磨损机理是粘着磨损和磨粒磨损。与YN6硬质合金材料对磨,相同载荷下,摩擦系数随着滑移速度的增加不断减少,磨损率不断增加;相同滑移速度下,摩擦系数随着载荷的增加不断减少,磨损率不断增加;主要的磨损机理是磨粒磨损。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG711

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