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《长春工业大学》 2019年
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基于分子动力学模拟的硬质合金刀具切削GH4169刀—屑界面扩散机理研究

兰鹤  
【摘要】:针对镍基高温合金GH4169在切削过程中,切削温度高、刀具磨损严重等特点,本文借助分子动力学理论,研究硬质合金刀具(WC-Co)在切削GH4169过程中的刀-屑界面的材料学行为,从微观的角度揭示扩散与粘结机理。首先通过详细介绍系综、径向分布函数、势函数等分子动力学基本理论,在此基础之上修正镍基高温合金GH4169的分子动力学晶格模型,并对修改的模型进行力学验证,求解的弹性模量、泊松比符合真实情况。建立WC-Co切削GH4169的切削模型,并推导刀具与工件之间的Morse势函数。其次,利用修正后的模型进行仿真分析,并对所得原子位移、速度、热力学等数据进行可视化处理。通过深入观察工件原子的瞬时位移图像,以及刀-屑界面势能分布,分析刀具与工件间的扩散现象。进一步通过求解扩散系数,得出相同条件下原子扩散速度为FeNiCr。通过计算空位形成能与扩散激活能得到扩散能垒大小,得出扩散激活能CrFeNi,即Cr先达到扩散条件。但由于原子总能高于三者,因此三者同时达到扩散条件,不影响扩散结果。根据刀具与工件处晶界扩散激活能均小于晶格扩散激活能,得出晶界扩散为主要扩散方式。最后,建立硬质合金刀具切削GH4169的粘结分子动力学模型,并根据扩散机理分析,深入研究硬质合金刀具切削的微观粘结机理。发现切削过程工件与刀具尚未接触时,工件存在着向刀具端偏移的情况,此为“突跳”现象,为刀具与工件相互吸引的现象,刀-屑界面作用力促使着刀具与工件发生粘结。通过求解表面自由能、粘结力与粘合功,分析粘合功与粘结效果、粘结力波动等刀-屑粘结微观作用机理。通过统计刀具与工件接触面的粘结原子数量,计算刀具表面积变化过程,分析刀具前后刀面的粘结难易程度。
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TG711

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