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《合肥工业大学》 2007年
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超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷刀具与切削性能研究

陈文琳  
【摘要】: 随着高速精密切削和数控技术的发展,对刀具切削性能的要求也日益提高。金属陶瓷具有硬度高、耐磨性好、高温力学性能好等优良特性,但因其抗塑性变形能力差、抗崩刃性能差及韧性不好等限制了应用,长期以来对金属陶瓷刀具的增韧研究一直是材料学者努力的方向。本文在课题组前期研究的基础上,制备了超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷刀具,对其切削性能进行了研究,运用有限元软件建立了有限元切削仿真模型,仿真了切削过程,更加真实地揭示了刀具和工件的切削状态,计算出了刀具磨损量、切削力及温度等分布规律。本文主要做了以下工作: 首先,介绍了金属切削加工在国民经济中的重要性及加工技术发展对切削刀具的要求,刀具材料及金属陶瓷的发展背景、目前面临的问题以及今后的发展趋势;Ti(C,N)基金属陶瓷的组织性能和发展过程及其在切削刀具领域的应用,纳米复合陶瓷的发展现状和趋势;概述了金属切削技术的复杂性和切削加工过程数值模拟技术的发展历史、现状和当前存在的问题。 其次,详细地叙述了超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷的制备过程,力学性能的测试方法以及显微组织表征的方法;重点讨论了超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷成分、显微组织和宏观力学性能之间的关系;研究了原始粉末粒度,不同粒度组合,TiC/TIN添加量,Mo、Co添加量对材料组织以及力学性能的影响。研究发现:1)晶粒细化使材料的硬度上升,但抗弯强度和断裂韧性有所下降。2)原料粉末中过多的氧杂质或者过量TiN的分解都会导致组织缺碳,在这些缺碳的组织中,发现了一种化学式为(Ni_2Mo_(2.5)W_(1.3))Cx的特殊化合物。该物相的出现有利于提高材料的硬度,但是降低了材料的强度和韧性。3)在以亚微米Ti(C,N)为硬质相为原料的试样中出现了一种新型的白芯/灰壳结构。本文认为由于原始粉末粒径微小,促进了扩散反应,因而导致了这种芯/壳结构的生成,初步研究表明这种结构对提高材料的强韧性有利。4)Mo添加量的多少显著影响材料的组织形貌,Co比Ni对Ti(C,N)的润湿性更好,以Ni+Co合金作为粘结相的材料其陶瓷相与粘结相之间的界面强度得到了增强。5)由TiC粗粉所制得的材料组织具有较多的“黑芯-灰壳”结构,有的颗粒全部呈灰色:而由TiC细粉所制得的材料组织,则呈现较多“黑芯-灰壳-白壳”Ti(C,N)基金属陶瓷的典型三层结构或白色内壳层;“黑芯—灰壳”结构中黑色芯部(core)主要为TiC或Ti(C,N),灰色的壳层为(Ti,W,Mo)(C,N),“白芯—灰壳”结构中白色芯部(core)为(W,Mo,Ti)(C,N)固溶体。 此外,研究了两组刀具对45号钢切削性能的影响,考察了不同切削速度和进给量对刀具耐用度以及磨损/失效方式的影响。研究表明高速切削时刀具的磨损形式以氧化磨损和扩散磨损为主。 基于刚粘塑性有限元法理论建立了金属切削过程的二维和三维热力耦合有限元模型,对建模过程中的一些关键问题如摩擦模型、切屑与工件的分离和断裂准则、磨损模型以及新刀具的复合材料模型等进行了分析和处理,提出了较为有效的方法;所建立的模型的模拟结果与实验结果吻合:结合切削理论和模拟计算得到切削过程中的应力应变分布、温度分布切削力的变化及大小,对前述物理实验中的现象进行分析,更加合理地解释了物理实验的现象,使人们更加清晰地理解切削的内部现象,更好地研究切削机理,为新材料刀具的研发提供依据;基于三维切削模拟,得到了刀具磨损量的适时变化和总磨损值的变化趋势,在此基础上,成功地对不同刀具前角进行了仿真,由此得出不同切削前角刀具的磨损、温度及等效应力的变化曲线。 上述的研究表明,如果精选成分并对刀具的几何外形和切削参数进行优化,超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷将是非常有希望的刀具材料;三维数值模拟技术为研究刀具磨损、优化刀具的几何参数和匹配切削对象提供了依据,为新刀具的开发降低了成本,提高了效率。 最后,对全文进行总结并对未来工作提出了建议。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG711

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李燕;化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和力学性能的影响[D];合肥工业大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周泽华,丁培道;Ti(C,N)基金属陶瓷中添加成分的研究现状[J];材料导报;2000年04期
2 郑勇,熊惟皓;微米级和亚微米级Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能[J];材料工程;2001年05期
3 刘宁,姜勇,吕庆荣,熊惟皓,崔昆,胡镇华;化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷断裂韧性的影响[J];粉末冶金技术;1999年04期
4 刘峰晓,贺跃辉,黄伯云,刘咏;Ti(C,N)基金属陶瓷的发展现状及趋势[J];粉末冶金技术;2004年04期
5 张杰,刘灿楼,胡镇华;碳量对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响[J];粉末冶金技术;1997年02期
6 刘战强 ,艾兴;高速切削刀具磨损寿命的研究[J];工具技术;2001年12期
7 熊继,沈保罗;超细金属陶瓷的研究现状[J];工具技术;2003年04期
8 陈文琳;李伟;刘宁;;基于正交切削的有限元仿真建模技术[J];工具技术;2007年06期
9 李学芳;国外刀具材料的发展近况[J];工具技术;1999年03期
10 刘宁,黄新民,周杰,田春艳,熊惟皓,张杰,崔昆;Er对Ti(C,N)基金属陶瓷结构和力学性能的影响[J];硅酸盐学报;2000年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 谢峰;纳米改性金属陶瓷刀具的研制及其几何参数的数字化设计[D];合肥工业大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李振红;纳米TiN改性TiC基金属陶瓷材料性能及刀具切削性能的研究[D];合肥工业大学;2002年
2 晁晟;超细晶粒Ti(CN)基金属陶瓷材料成分,组织,性能关系的研究[D];合肥工业大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方民宪;金属粉末粒度测定方法新探[J];四川有色金属;2003年04期
2 尚建丽;杨大平;;高性能大体积混凝土逐时温度场有限元动态分析[J];四川建筑科学研究;2006年02期
3 姜香梅;;淬硬模具钢的高速铣削加工[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2010年01期
4 周天健;李云;;计算机辅助标定与绘制电子衍射图[J];安徽工学院学报;1989年04期
5 胡延平;卓林松;王承章;赵光;陈定一;沈永德;;粉碎辊辊圈车削修整装置设计与应用的技术参数确定[J];安徽工学院学报;1989年04期
6 李明生;姜维荣;;碳工钢激光淬火马氏体形态与亚结构变化的研究[J];安徽工学院学报;1991年04期
7 冯建有;;影响管线钢在近中性pH值环境中应力腐蚀开裂的力学因素[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年04期
8 张春来;;金属陶瓷刀具的切削用量参数优化实验研究[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2007年01期
9 邓雁希;在专业课教学中学生创新能力的培养[J];安阳师范学院学报;2004年05期
10 张云廷,周根兴;W—Ni—Fe高比重合金棒坯烧结起泡的原因分析[J];兵器材料科学与工程;1990年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何庆;桂贵生;仓公林;;HSM机床选配性分析[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 张冲;汪方宝;;高效数控加工技术应用研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
3 许凌云;;高速切削加工技术及应用[A];“绿色制造 质量管理”——海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会2011年会论文集[C];2011年
4 佘直昌;姚萍屏;樊坤阳;丁莉;肖叶龙;贡太敏;;低温玻璃粉对风电机组用铜基摩擦材料性能的影响[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
5 邱一平;林卓英;;花岗岩热震损伤研究[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集(一)[C];2007年
6 王裕;梁军;方国东;韩文波;;ZrB_2基陶瓷断口形貌及增韧机理[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
7 张波;;高硅氧玻璃纤维复合材料车削力试验研究[A];第十七届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2008年
8 刘震;高文元;;不同烧成温度下电瓷微观结构的研究[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2009年年会论文集(二)[C];2009年
9 肖军民;;3Cr2Mo模具钢高速铣削力数学模型的研究[A];首届珠中江科协论坛论文集[C];2011年
10 张健;伍万斌;;挤压螺纹技术在微波盒体制造中的应用[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年
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1 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
2 赵明利;多频率超声辅助磨削纳米氧化锆陶瓷表面/亚表面损伤机理研究[D];河南理工大学;2010年
3 杨秀芝;低合金高强钢双丝焊热过程数值模拟及接头组织转变行为研究[D];华中科技大学;2010年
4 瞿峻;Ti(C,N)基金属陶瓷增强技术及其组织和性能研究[D];华中科技大学;2010年
5 李瑞迪;金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D];华中科技大学;2010年
6 冯新敏;基于元胞自动机的三维复杂槽型车刀片设计及其断屑研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 许兰贵;变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究[D];华南理工大学;2010年
8 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
9 祝琳华;新型NZP族催化剂载体材料的合成及应用研究[D];昆明理工大学;2010年
10 宋新玉;镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柯烈强;航空框类结构件铣削加工残余应力抑制策略研究[D];安徽工程大学;2010年
2 牛顿;粉末冶金铜基摩擦材料制备及摩擦学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
3 孔令志;纳米陶瓷超声振动磨削表面/亚表面损伤机理研究[D];河南理工大学;2010年
4 于雷;多孔NiAl材料合成及性能研究[D];山东科技大学;2010年
5 窦志强;SHS法制备TiB_2-Al_2O_3复相陶瓷的组织及形成机理研究[D];山东科技大学;2010年
6 李果林;WC-Co-Ni硬质合金模具材料的制备及摩擦学特性研究[D];浙江理工大学;2010年
7 罗相尉;电子封装用铝基复合材料的钎焊研究[D];郑州大学;2010年
8 毋娟;凝胶注模莫来石隔热材料的制备与性能[D];郑州大学;2010年
9 李迎丽;提高发动机主轴轴承寿命的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王家华;层状陶瓷Ti_3AlC_2的制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王国建;郭建龙;屈泽华;;碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能影响因素的研究[J];玻璃钢/复合材料;2007年04期
2 熊惟皓,胡镇华,崔崑;Ti(C,N)基金属陶瓷中碳化物的界面行为[J];材料导报;1998年02期
3 程继贵,王华林,夏永红,蒋阳;功能梯度硬质合金和金属陶瓷材料研究的新进展[J];材料导报;2000年04期
4 周泽华,丁培道;Ti(C,N)基金属陶瓷中添加成分的研究现状[J];材料导报;2000年04期
5 丰平;熊惟皓;余立新;;Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程的冶金基础及其显微组织特征 Ⅰ烧结过程的冶金基础[J];材料导报;2004年02期
6 郑勇,熊惟皓;微米级和亚微米级Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能[J];材料工程;2001年05期
7 何林,黄传真,孙静,刘含莲,王随莲,艾兴;Cr_3C_2含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响[J];材料工程;2003年07期
8 沈军;张法明;孙剑飞;;陶瓷/碳纳米管复合材料的制备、性能及韧化机理[J];材料科学与工艺;2006年02期
9 何林,黄传真,黄勤,宋世学,王随莲,艾兴;Mo_2C含量对Ti(C,N)基陶瓷力学性能和显微结构的影响[J];材料科学与工程学报;2003年02期
10 晏鲜梅;熊惟皓;郑立允;;表面处理制备Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料[J];稀有金属材料与工程;2006年S2期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王西彬,杨广勇;超高速干铣削灰铸铁的研究[J];兵工学报;1999年03期
2 杨广勇;超高速切削时的T-v关系与切削力[J];北京理工大学学报;1996年03期
3 熊惟皓,胡镇华,崔崑;硬质合金模具材料中相组织结构述评[J];材料导报;1992年05期
4 赵兴中,郑勇,刘宁,胡镇华,崔崑;含氮金属陶瓷的发展现状及展望[J];材料导报;1994年01期
5 熊惟皓,胡镇华,崔崑;Ti(C,N)基金属陶瓷中碳化物的界面行为[J];材料导报;1998年02期
6 程起林,赵斌,古宏晨,张宗涛;纳米M50钢的制备研究进展[J];材料导报;2000年10期
7 张中太,林元华,唐子龙,张俊英;纳米材料及其技术的应用前景[J];材料工程;2000年03期
8 郑勇,熊惟皓;微米级和亚微米级Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能[J];材料工程;2001年05期
9 张卫方,韩杰才,董世运,赫晓东,杜善义;SHS/PHIP技术制备TiC-30Fe金属陶瓷的显微组织及形成过程研究[J];材料工程;1998年10期
10 张卫方,韩杰才,赫晓东,陈贵清,杜善义;自蔓延高温合成TiC-Al_2O_3-Fe系金属陶瓷的致密化研究[J];材料科学与工艺;1998年04期
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1 刘文俊,郑勇,熊惟皓;Ti(C,N)金属陶瓷中纳米粉含量对组织和性能的影响[J];粉末冶金技术;2005年05期
2 周军;刘宁;卢茂华;章晓波;荣春兰;;原始粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响[J];硬质合金;2007年01期
3 谭锦颢;周书助;朱磊;胡倞;罗成;;NbC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响[J];硬质合金;2010年02期
4 李燕;刘宁;;CNTs-Ti(C,N)-WC-Co金属陶瓷材料的制备与力学性能[J];材料热处理学报;2009年04期
5 于超;刘宁;章晓波;;Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响[J];硬质合金;2007年04期
6 严永林;郑勇;承新;赵能伟;;Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响[J];粉末冶金工业;2008年01期
7 瞿峻;熊惟皓;柯阳林;刘文俊;叶大萌;姚振华;;纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织与力学性能[J];机械工程材料;2009年12期
8 金之铂;刘宁;詹斌;李其龙;;WC含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响[J];硬质合金;2010年05期
9 林家平;徐建秋;肖于德;王伟;裴斐;乔翔;;变质处理对过共晶铝硅合金组织和性能的影响[J];机械工程材料;2010年03期
10 李吉刚;刘宁;;WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响研究[J];现代技术陶瓷;2006年04期
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1 欧阳建;王秀芳;徐荣军;方园;康永林;;薄板坯连铸连轧工艺生产S420MC热轧钢板的组织性能分析[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
2 王秀芳;欧阳建;吴建春;徐荣军;方园;;两种不同薄板坯连铸连轧工艺生产低碳钢的组织性能对比分析[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
3 李彦霞;;压力下挤压铸造Al-Cu合金的性能研究[A];第十届粤港机电工程技术与应用研讨会暨梁天培教授纪念会文集[C];2008年
4 张磊;李从卿;佟建华;郭晓娟;康举;;LY12铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年
5 王小强;李全安;张兴渊;;Nd对AZ91镁合金组织和高温力学性能的影响[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
6 韩光炜;牛建科;杨玉军;邓波;;长期时效后GH6783合金组织和性能的变化[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
7 秦桂红;计波;朱益藩;朱峰;;TC6钛合金棒材的热连轧工艺[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年
8 李润霞;陈玉金;许传恒;袁晓光;李荣德;;过共晶Al-Si合金的电磁搅拌工艺研究[A];2009中国铸造活动周论文集[C];2009年
9 朱瑞灿;张益坤;徐宋娟;李剑;刘景铎;韩洪亮;;D406A钢电子束焊接接头组织及性能分析[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年
10 张丁非;刘荣燊;袁炜;张红菊;戴庆伟;;AZ61镁合金的均匀化处理[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
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1 本报记者 吴长锋 通讯员 张瑾;营造人才成长的丰厚土壤[N];科技日报;2006年
2 通讯员 张瑾 本报记者 王建东;以制度创新推进高水平大学建设[N];中国改革报;2008年
3 本报记者 吴长锋;传承·演进·创新[N];科技日报;2005年
4 通讯员 张瑾 本报记者 王建东;特色与质量:大学的生命力和竞争力(下)[N];中国改革报;2006年
5 王翠竹;我市与合肥工业大学签署全面合作协议[N];黄山日报;2007年
6 本报记者 吴长锋;高校自主创新需找准定位[N];科技日报;2007年
7 魏娜;合肥工业大学:积极推进学生实践能力的培养[N];人民政协报;2005年
8 本报通讯员  张瑾 本报记者  陈婉婉;智力支撑著华章[N];安徽日报;2006年
9 本报记者 王枫;推进科技创新 实现市校共赢[N];安庆日报;2006年
10 本报记者 刘蓓蓓;找出自身经管之道[N];中国新闻出版报;2006年
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1 陈文琳;超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷刀具与切削性能研究[D];合肥工业大学;2007年
2 李燕;化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和力学性能的影响[D];合肥工业大学;2008年
3 章晓波;细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能研究[D];合肥工业大学;2008年
4 刘红宾;基于合金化改善镁合金强/韧性的研究[D];大连理工大学;2009年
5 胡茂良;固相再生AZ91D镁合金组织结构及性能研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
6 陈洪美;铸轧镁合金的变形工艺及其组织和力学性能的研究[D];山东大学;2009年
7 李同道;合金钢轧辊激光快速熔凝组织及性能研究[D];中国石油大学;2007年
8 王随莲;高性能金属陶瓷刀具材料的研制及其切削性能研究[D];山东大学;2005年
9 张莹;半固态AZ91D镁合金流变铸轧成形技术研究[D];南昌大学;2007年
10 任政;变形镁合金强韧化与电磁—悬浮连铸技术的研究[D];大连理工大学;2009年
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1 晁晟;超细晶粒Ti(CN)基金属陶瓷材料成分,组织,性能关系的研究[D];合肥工业大学;2005年
2 于超;Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响[D];合肥工业大学;2007年
3 熊菲;基于不同表面纹理的UHMWPE磨损仿真研究[D];武汉理工大学;2006年
4 龚丽勤;Al3Ti3B中间合金对Mg-Al系合金的晶粒细化研究[D];清华大学;2005年
5 李博宇;等离子喷涂法纳米结构WC-Co涂层的制备与性能[D];大连理工大学;2006年
6 任春艳;棒状ZA合金挤压铸造工艺及性能的研究[D];沈阳工业大学;2006年
7 刘放军;ZA84镁合金压铸工艺及组织性能的研究[D];湖南大学;2006年
8 周军;原始粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响研究[D];合肥工业大学;2007年
9 李杰;热处理对7055合金组织和性能的影响[D];中南大学;2005年
10 王立强;冷加工及热处理对TM50钛合金组织与性能的影响[D];西安建筑科技大学;2006年
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