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《齐鲁工业大学》 2016年
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Al_2O_3-TiB_2-CaF_2纳米改性自润滑陶瓷刀具的切削试验及磨损机理研究

贾孝伟  
【摘要】:在陶瓷刀具材料中添加一定量的氟化钙,能够使陶瓷刀具在干切削时表现出自润滑的性能。但在材料中添加氟化钙会降低其机械强度,本研究试图通过纳米复合材料增韧法在Al_2O_3-TiB_2基体陶瓷材料中添加纳米氟化钙,弥补添加氟化钙对刀具材料机械强度造成的弱化。在已有的研究基础上,本文对Al_2O_3-TiB_2-CaF_2纳米改性自润滑陶瓷刀具的切削性能及磨损机理进行了研究。(1)制备了CaF_2体积分数分别为1%,5%和10%的纳米改性自润滑陶瓷刀具ATF1,ATF5,ATF10,结果表明一定量纳米氟化钙的添加能够在一定程度上对陶瓷材料实现增韧补强,但纳米氟化钙的添入仍然使材料的机械强度弱化。(2)用ATF1,ATF5,ATF10对45钢和40Cr进行了切削试验,试验过程中使用kistler测力仪测量切削过程中的切削力,使用FLIR红外热像仪测量前刀面上切屑底部的温度近似测量切削温度。(3)用ATF1,ATF5,ATF10对45钢进行了切削试验。ATF1的材料去除量最大,切削性能最好,主要是因为ATF1的CaF_2含量较低,材料的机械强度较高。在切削速度与背吃刀量等同的条件下,ATF5的切削性能比ATF10的切削性能好。ATF5的硬度和强度比ATF10低,但因为ATF10的CaF_2含量较高,CaF_2与基体材料的热膨胀系数存在较大差别,各组分热膨胀系数之间的不协调加速了刀具在高温条件下的磨损。(4)用ATF1,ATF5,ATF10对40Cr进行了切削试验。ATF1因为CaF_2的含量较低,材料的硬度和强度最高,切削性能较好。ATF5切削性能最差,主要是因为刀具材料本身硬度、强度都较低,而40Cr的抗拉强度比45钢有所提高,ATF5在40Cr的切削试验中快速磨损。ATF10在40Cr的切削试验中表现出了较好的切削性能,从刀具后刀面的EDS能谱图中可以看到,刀具后刀面摩擦区域出现了显著的CaF_2富集和位移的现象。(5)在ATF10加工40Cr的试验中,切削温度随切削功率增加的趋向较慢。试验中ATF10刀具的磨损区域出现了明显的CaF_2富集现象,减轻了前刀面与切屑底部的摩擦,降低了切屑底部的温度。(6)切削温度与纳米CaF_2改性刀具自润滑膜形成有较大关联性。与40Cr的切削试验相比,45钢的切削试验中的切削温度较高,导致45钢切削试验中ATF10刀具的磨损区域没有出现明显的润滑膜,刀具磨损较快。而40Cr切削试验中ATF10刀具磨损区域出现了明显的润滑膜。
【学位授予单位】:齐鲁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG711

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