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《山东大学》 2011年
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碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具研究

崇学文  
【摘要】:本文采用碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具材料的方法,研制成功了Ti(CxN1-x)系晶须和LTW系列新型陶瓷刀具。提出了碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具材料的设计思路,对碳热还原合成晶须、晶须生长机理、材料力学性能、微观组织、增韧补强机理、切削性能等进行了系统研究。为Ti(CxN1-x)系晶须和LTW系列新型陶瓷刀具的进一步应用奠定了基础。 研究了碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具材料的设计方案。从碳热还原合成碳氮化钛系晶须、陶瓷刀具材料体系、刀具材料粉末制备、刀具材料制备、切削性能等方面,提出了碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具材料的设计方案。提出了碳热还原合成碳氮化钛系晶须的设计方案,根据Ti(C,N)连续固溶体的特性,改变晶须原料配比的C/Ti比值,可制备出x取值不同的Ti(CxN1-x)系晶须。 研究了碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具材料粉末的制备。重点研究了碳热还原合成晶须工艺参数、晶须生长助溶剂和催化剂等,研制成功了三种碳热还原合成晶须,即TiCo.3No.7、TiCo.5No.5和TiCo.7No.3,为碳氮化钛系晶须增韧陶瓷刀具材料粉末的制备奠定基础。 研究了碳热还原合成碳氮化钛系晶须的生长机理。从晶须生长的基本过程、热力学原理、动力学原理、生长机理以及影响晶须生长品质的因素等方面,建立和完善了碳热还原合成晶须的理论。提出了碳氮化钛晶须的气-固(VS)生长机理,建立了碳氮化钛晶须的气-液-固与气-固微观生长机理模型。 研究了碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具的制备工艺及力学性能。研制成功了LTW310(Al2O3/Ti(C0.5N0.5)p/Ti(C0.3N0.7)w),LTW510(Al2O3/Ti(C0.5N0.5)p/Ti(C0.5N0.5)w)和LTW710(Al2O3/Ti(C0.5N0.5)p/Ti(C0.7N0.3)w)三种新型刀具材料。LTW310的力学性能为抗弯强度752.5MPa,断裂韧度8.83MPa·m1/2,硬度21.9GPa。LTW510的力学性能为抗弯强度812.9MPa,断裂韧度7.64MPa·m1/2,硬度20.0GPa。LTW710的力学性能为抗弯强度753.8MPa,断裂韧度8.12MPa·m1/2,硬度20.2GPa。并研究了LTW系列新型陶瓷刀具的力学性能与微观组织之间关系。 研究了碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具材料的增韧补强机理,建立了Ti(C,N)p和Ti(C,N)w协同增韧模型。研究表明,Ti(C,N)w与Ti(C,N)p协同增韧补强为主要增韧机制,纳米颗粒增韧补强为辅助增韧机制。 研究了碳热还原合成晶须增韧陶瓷刀具的切削性能。连续切削淬硬40Cr合金钢的切削速度达到600m/min,断续切削淬硬45#钢的切削速度达到300m/min。LTW系列刀具与LT55刀具的抗磨损和抗破损性能良好且相当。刀具磨损以前刀面月牙洼磨损和后刀面犁沟状磨损为主,破损以前刀面贝壳状剥落和刀刃碎断为主要失效形式。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG711

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