Sialon陶瓷刀具高速切削高温合金Inconel 718的切削性能和磨损机理的研究

本实验研究两种商业Sialon陶瓷刀片(牌号为KY1540、CC6060,分别是肯纳和山特维克公司生产)高速切削高温合金Inconel718的切削性能和磨损机理。采用XRD和SEM分析刀片的物相成分和显微结构,结果表明KY1540和CC6060主要的物相成分是α-和β-Sialon。通过测量切削长度和后刀面的磨损量,结果表明,在实验条件下由于CC6060具有较高的高温硬度,导致它的后刀面磨损量低于KY1540。两种刀片的磨损后刀面通过扫描电镜观察,发现两种刀片的磨损形式主要是沟槽磨损和后刀面磨损,磨损机理主要是磨粒磨损和粘结磨损。

SiAlON陶瓷刀具材料及其制备技术研究进展

SiAlON陶瓷刀具材料具有优异的力学性能和耐高温性能,是最具潜力的刀具材料之一。不同组分的SiAlON陶瓷材料烧结特性和性能差异较大。掌握SiAlON陶瓷制备工艺、组分及其烧结特性、微观结构和性能之间的联系及影响规律是其进一步研发的关键。综述了SiAlON陶瓷刀具材料制备技术、组分配比和添加剂选择研究现状,并分析了未来的发展趋势,为SiAlON陶瓷刀具材料的研究制备和应用提供技术基础。

微波烧结复杂刃形SiAlON陶瓷刀具铣削GH4169高温合金性能研究

针对目前陶瓷刀具结构简单(平刀面为主)、制造效率低等弊端,开展了复杂刃形SiAlON陶瓷刀具微波制造技术研究。通过有限元仿真研究不同刀具结构参数对SiAlON陶瓷刀具铣削GH4169高温合金力和热的影响规律;采用微波烧结技术制造了平刀面和复杂刃形SiAlON陶瓷刀具;通过试验研究刀具结构对SiAlON刀具铣削GH4169高温合金性能的影响,确定了SiAlON陶瓷铣刀片的最优结构。结果表明:基于微波烧结的复杂刃形SiAlON陶瓷刀具获得了设计的刀具结构且刀具刃口具有优良的致密性和力学性能;与平刀面SiAlON陶瓷刀具相比,具有复杂刃形的SiAlON陶瓷刀具有更好的耐磨损性能,高速铣削GH4169高温合金刀具寿命提高了约71.4%。

cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷及刀具的制备与性能

采用放电等离子烧结技术,通过原位生成TiN包覆cBN(cBN@TiN)颗粒制备了cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷,研究了其物相组成、微观形貌、力学性能以及制成的可转位刀具连续干式切削球墨铸铁时的切削性能,并与β-Sialon陶瓷及刀具进行对比分析。结果表明:cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷由β-Sialon、cBN和TiN相组成,其抛光态表面无明显气孔,cBN@TiN颗粒均匀分布,未发生明显脱落,基体相晶粒呈等轴状和长棒状;cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷的相对密度和晶粒尺寸与β-Sialon陶瓷相近,硬度和断裂韧性分别为(17.40±0.11)GPa和(6.19±0.10)MPa·m^(1/2),高于β-Sialon陶瓷;与β-Sialon陶瓷刀具相比,cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷刀具的耐磨性更好,切削寿命更长。

微波烧结工艺对Sialon陶瓷刀具材料力学性能的影响

采用微波烧结技术制备Sialon陶瓷刀具材料,主要研究烧结温度和保温时间对Sialon陶瓷刀具材料力学性能的影响规律,并结合微观形貌对其影响规律进行分析,旨在制备性能优异的陶瓷刀具材料。结果表明:在烧结温度为1600℃、保温时间为15 min时,刀具材料具有最优的力学性能,其致密度、Viekers硬度、断裂韧性分别为98.9%、17.8 GPa和5.9 MPa·m^(1/2)。在此烧结工艺下,样品的微观组织均匀,内部气孔较少,有利于材料力学性能的提高。采用微波烧结技术可以在较短的保温时间内得到性能优异的陶瓷刀具材料,提高了生产效率。

Sialon复相陶瓷刀具材料的研制

本文在相关系研究与组份设计的基础上，研制成β－Ｓｉ３Ｎ４／α－Ｓｉａｌｏｎ与α＇－β＇－Ｓｉａｌｏｎ两种复相陶瓷，对这两种材料进行了力学与热学等性能以及力学性能与显微结构关系研究．并以国产原料与德国ＳｔａｒｃｈＬＣ—１２原料，采用ＧＰＳ与ＨＰ烧成工艺制成刀片，作了金属切削加工对比试验．研究结果表明，国产原料与进口原料差异无几．ＨＰ制成刀片耐磨性略优于ＧＰＳ，但批量生产成本高于ＧＰＳ．

金属间化合物MoSi_(2)协同SiC晶须增韧Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的制备及切削性能

为进一步提高Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的强度和韧性,克服单一增韧方式以及金属粘结剂增韧的局限性,本工作利用金属间化合物协同晶须对其增韧补强,将MoSi_(2)颗粒和SiC晶须添加到Si_(3)N_(4)陶瓷基体中,制备出Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)(SMC)复合陶瓷刀具材料。结果表明:SiC晶须的加入可以有效提高Si_(3)N_(4)陶瓷的断裂韧性,MoSi_(2)的加入可以显著提升Si_(3)N_(4)陶瓷的抗弯强度。连续干切削45#淬火钢时,相较于商用刀具YBC251,SMC复合陶瓷刀具的寿命及切削稳定性提升显著。其中,添加了SiC晶须的SMC3(MoSi_(2)10%(未作特别说明时均为质量分数),SiC_(w)10%)及SMC2(MoSi_(2)0%,SiC_(w)10%)刀具的寿命均比未添加SiC_(w)的SMC1(MoSi_(2)10%,SiC_(w)0%)更长。随着切削深度的增加,未添加MoSi_(2)的SMC2易出现崩刃现象,切削稳定性不如协同增韧的SMC3。

立方氮化硼复合Ti(C,N)基金属陶瓷刀具切削性能

采用热等静压烧结工艺制备两组含有不同立方氮化硼(CBN)成分的Ti(C,N)基金属陶瓷刀片,在不同的切削速度和进给量的条件下进行45刚切削测试,分析了刀具的耐用度和失效方式,探讨了立方氮化硼复合Ti(C,N)基金属陶瓷刀具磨损机理。结果表明,在Ti(C,N)基金属陶瓷刀具中添加立方氮化硼(CBN)能显著提高切削性能,在高速切削情况下,方氮化硼(CBN)对扩散磨损、氧化磨损以及粘结磨损有较好的缓解作用。

微波烧结SiAlON陶瓷立铣刀力学性能和切削性能研究

采用微波烧结方法制备了用于磨削SiAlON陶瓷立铣刀的棒料,研究了压制方式及压力对微波烧结SiAlON陶瓷棒料微观结构和力学性能的影响规律,制备了SiAlON陶瓷立铣刀,并对其切削性能进行了研究。结果表明:对于大长径比SiAlON陶瓷,径向压制可以获得密度分布更加均匀的生坯,压制压力为100MPa时,SiAlON陶瓷试样无微观缺陷,具有良好的机械性能。微波烧结的SiAlON陶瓷立铣刀可用于镍基高温合金高速切削,刀具寿命是进口涂层刀具的2倍。

高速铣削模具钢Sialon梯度陶瓷刀具切削性能研究

针对模具钢加工过程中刀具磨损快、加工质量不稳定的问题,分别选用自主研制的Sialon梯度陶瓷刀具、商用Sialon均质陶瓷刀具进行高速干铣削试验,研究铣削速度对刀具切削性能及加工表面质量的影响。结果发现:在v c=100 m/min,200 m/min条件下,梯度陶瓷刀具的切削力大于均质陶瓷刀具的切削力,但在v c=100~1000 m/min范围内,梯度陶瓷刀具的切削力稳定性更优。梯度陶瓷刀具切削时前中期磨损较为缓慢,致使其刀具寿命较高,并获得更加稳定的加工表面粗糙度。因此,宏观上梯度结构的应力缓解作用和微观上微纳米复合的强韧化机制,在高速铣削模具钢时,Sialon梯度陶瓷刀具具有可靠的刀具寿命,并获得了更加稳定的表面质量。

贝壳仿生陶瓷刀具材料制备与力学性能研究

以Al_(2)O_(3)-(W,Ti)C为基体层,Al_(2)O_(3)-TiC为夹层,采用热压烧结工艺制备了力学性能较好的贝壳仿生陶瓷刀具材料,对材料的层数、层厚比和界面形状等叠层结构参数进行优化,测试材料的力学性能,并对其微观组织进行分析。分析结果表明,当层数为3、层厚比为3时,材料有较好的综合力学性能。在层间引入不同的界面形状,刀具材料的力学性能相较于无界面形状的刀具材料得到了提高,在所制备的试样中,最佳的断裂韧性、维氏硬度和抗弯强度分别为7.16MPa·m^(1/2)±0.04MPa·m^(1/2),20.40GPa±0.07GPa和981.72MPa±10.86MPa。

纳米HfC对微波烧结TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响

采用微波烧结技术快速制备一种力学性能良好的TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料,研究了纳米HfC含量对金属陶瓷力学性能和微观组织的影响,分析了微观组织和力学性能之间的关系,揭示了纳米HfC对金属陶瓷刀具材料的增强补韧机理。结果表明:加入纳米HfC可显著提高材料的断裂韧度和抗弯强度,含20wt.%HfC的金属陶瓷断裂韧度和抗弯强度相较于未加HfC的断裂韧度和抗弯强度分别提高了36.7%和45.4%,断裂韧度高达10.68MPa·m^(1/2)±0.30MPa·m^(1/2);随着纳米HfC含量的增加,TiB_(2)基体晶粒由粗大、无规则形状向细小、矩形形状转变,平均晶粒尺寸可缩小到原来的1/2.6;TiB_(2)-TiC-HfC金属陶瓷的主要增强补韧机理为细晶强化、颗粒弥散强化、固溶强化、裂纹偏转和钉扎效应。

陶瓷刀具切削镍基合金的三维数值模拟

为了揭示Sialon陶瓷刀具的切削力、切削温度和应力的变化规律,借助于有限元分析软件,建立了三维金属切削的有限元模型,模拟了Sialon陶瓷刀具切削镍基高温合金Inconel 718的切削过程,得到了切削力、切削温度及应力随刀具前角和切削速度变化的规律,计算出了Sianon陶瓷刀具切削Inconel 718时的合理前角是-8°,同时分析了刀具不同时刻切削温度和等效应力的分布规律。

陶瓷刀具在数控精密加工中的创新应用与挑战

本文阐述了陶瓷刀具在数控精密加工领域的最新应用,探讨了其在高效率和高精度加工中的优势,并分析了在材料、设计及加工过程中遇到的主要挑战。通过对当前技术的深入分析,提出了未来发展的可能方向和改进策略。

陶瓷材料数控加工过程中的刀具磨损与补偿策略

本文探讨了陶瓷材料数控加工过程中刀具的磨损问题及其补偿策略。通过分析刀具磨损的机理,探讨了不同材质刀具的磨损特性及影响因素,并在此基础上提出了切实可行的刀具补偿策略。最后,结合实际工业应用提出了刀具管理及改进建议,目的在于提升陶瓷材料加工的效率和质量。

Sialon基陶瓷材料的研究进展及应用

Sialon基陶瓷材料因具有优异的性能 ,一直是材料科学领域关注的焦点 ,Sialon陶瓷的研究经历了从单相到复相的过程 ,本文详细论述了单相和复相Sialon陶瓷的种类、结构特征、制备方法 ,对各种Sialon陶瓷的性能特点进行了分析对比。结合Sialon陶瓷的性能 ,全面介绍了其广泛的应用领域。

(Ca,Mg)-Sialon 陶瓷在空气及水润滑条件下的磨损机理研究

利用ＳＲＶ球－盘磨损试验机考察了一种（Ｃａ，Ｍｇ）－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷在空气及水中的摩擦学性能，并采用ＥＰＭＡ、ＳＥＭ、ＥＤＡＸ以及ＸＰＳ等分析手段对其磨损机理做了进一步研究．结果表明：（Ｃａ，Ｍｇ）－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷在水中比在空气中具有更低的摩擦因数，但具有较高的磨损体积损失．在干摩擦条件下，（Ｃａ，Ｍｇ）－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷主要发生了断裂磨损及磨粒磨损，而在水润滑条件下则主要发生了摩擦化学磨损．

推动陶瓷刀具研究走上国际先进行列

介绍作者多年来在国家自然科学基金资助下研究陶瓷刀具切削加工基本理论及其应用，成功地研究开发出了多种新型陶瓷刀具材料，开创了国内外融合陶瓷刀具材料和陶瓷切削学于一体的陶瓷刀具研究新体系。

梯度功能陶瓷刀具材料的残余应力设计及制备

根据陶瓷刀具切削时刀楔内的应力分布规律及刀具损坏机理的分析，首次提出对陶瓷刀具材料的组成分布进行设计以形成梯度的模型．通过对不同组成分布的刀具材料制备过程中的残余热应力及刀具切削过程中的热应力、机械应力进行模拟，以残余应力与外加应力部分抵消为目标优化设计了梯度组成分布．按设计结果，采用粉末铺填－热压烧结工艺研制成功Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ系梯度功能陶瓷刀具材料．