硬質(zhì)合金刀具切削筒節(jié)材料刀屑接觸區(qū)元素?cái)U(kuò)散特性研究.pdf

1、硬質(zhì)合金刀具切削加工筒節(jié)材料過(guò)程中普遍會(huì)出現(xiàn)粘焊(表現(xiàn)為“粘刀”現(xiàn)象)，并隨著切削過(guò)程的繼續(xù)，刀具發(fā)生破損，進(jìn)而對(duì)刀具加工、性能產(chǎn)生影響。針對(duì)這一問(wèn)題，本文在國(guó)家自然科學(xué)基金“重型切削中硬質(zhì)合金前刀面粘焊層損傷機(jī)理研究”(課題編號(hào):51575146)資助下，開(kāi)展了切削筒節(jié)材料(2.25Cr-1Mo-0.25V)實(shí)驗(yàn)，分析粘焊形成過(guò)程，建立切削過(guò)程中刀屑接觸區(qū)域的擴(kuò)散方程，預(yù)測(cè)接觸區(qū)的濃度分布，并結(jié)合產(chǎn)生破損刀具的微觀形貌，分析前刀面的斷

2、裂方式，為改善刀具抗粘結(jié)破損性能提供依據(jù)。
　　首先，為了獲取在不同的切削條件下產(chǎn)生粘焊的試樣，搭建切削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并結(jié)合顯微硬度分析、超景深觀測(cè)和掃描電鏡觀察，獲得刀屑粘焊產(chǎn)生的切削條件;通過(guò)切削過(guò)程中的力熱數(shù)據(jù)及前刀面微觀表面形貌分析，分析粘焊的形成過(guò)程，獲得粘焊產(chǎn)生的力熱條件，為后續(xù)擴(kuò)散模型的參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。
　　其次，根據(jù)刀屑粘焊形成過(guò)程分析，得到刀工接觸區(qū)發(fā)生擴(kuò)散的微觀機(jī)制;結(jié)合菲克第二定律，建立含有未知參數(shù)的元素

3、擴(kuò)散濃度方程，采用五點(diǎn)頻率法得到不同元素的擴(kuò)散系數(shù)，確定元素?cái)U(kuò)散理論模型的最終形式;通過(guò)對(duì)切削加工過(guò)程中產(chǎn)生粘焊的刀具進(jìn)行能譜掃描，得到不同元素的濃度分布，并與方程理論計(jì)算所得曲線進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的正確性。
　　再次，采用分子動(dòng)力學(xué)軟件，結(jié)合碳化鎢(WC)微觀結(jié)構(gòu)，分別建立硬質(zhì)合金(WC-Co結(jié)構(gòu))和筒節(jié)材料(以Fe為基體的鋼結(jié)構(gòu))的簡(jiǎn)化模型，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得到其動(dòng)力學(xué)分析過(guò)程中的溫度、能量變化和模型擴(kuò)散后的結(jié)構(gòu)，分析了接觸

4、區(qū)擴(kuò)散特性;分析擴(kuò)散后刀具側(cè)微觀結(jié)構(gòu)局部放大圖，觀測(cè)到基體中孔洞的產(chǎn)生，隨著擴(kuò)散進(jìn)程的繼續(xù)，孔洞通過(guò)吸收周圍空位，更容易造成裂紋形核和擴(kuò)展。
　　最后，通過(guò)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分析，確定裂紋尖端塑性區(qū)的存在，同時(shí)結(jié)合刀具的微觀結(jié)構(gòu)，分析裂紋形核的兩種途徑:初始裂紋處的形核和異相界面上的形核。結(jié)合材料的微觀斷口形貌，分析具有粘結(jié)的前刀面的微觀結(jié)構(gòu)，確定其破壞的主要方式，為改善硬質(zhì)合金性能、制備以濃度梯度為特征的新型硬質(zhì)合金提供依據(jù)