BN復(fù)合Al2O3基陶瓷刀具及切削性能研究.pdf

1、陶瓷刀具因其具有高溫紅硬性高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，適合用于難加工材料的高速切削加工。氧化鋁是目前陶瓷刀具的主要材料體系，已有多種不同添加相的氧化鋁基商業(yè)化陶瓷刀具獲得應(yīng)用。鑒于一維新型材料氮化硼納米管(BNNTs)具有非常高的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，本文嘗試研究了BNNTs增韌氧化鋁基陶瓷刀具新材料，并與BN顆粒復(fù)合以及TiB2-(W，Ti)C多相復(fù)合氧化鋁基陶瓷刀具材料進(jìn)行對比研究;最后對新研制刀具的切削性能進(jìn)行了

2、初步研究。
　　本研究對以碳納米管(CNTs)作為模板，在高溫、高壓下合成BNNTs的工藝參數(shù)進(jìn)行了實驗優(yōu)化，分析了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和反應(yīng)壓力對BNNTs形貌的影響。結(jié)果表明，使用30mL的反應(yīng)釜，CNTs的含量定為0.5g，壓力為30MPa，反應(yīng)溫度為600℃，反應(yīng)時間15h即為反應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)。獲得的產(chǎn)物在750℃左右空氣氣氛中氧化即可獲得所需的BNNTs。
　　研究了燒結(jié)助劑MgO和Y2O3對Al2O3陶瓷刀具材料性能

3、的影響，對燒結(jié)助劑種類、含量和燒結(jié)溫度進(jìn)行了優(yōu)化，并且分析了復(fù)合陶瓷材料的物相組成、力學(xué)性能和微觀組織。結(jié)果表明，同時添加MgO和Y2O3時，復(fù)合陶瓷材料力學(xué)性能均高于單獨添加MgO或Y2O3時的力學(xué)性能，并且MgO-Y2O3復(fù)合助燒劑能夠有效的降低Al2O3陶瓷刀具材料的燒結(jié)溫度。
　　在優(yōu)化了助燒劑的基礎(chǔ)上，對BNNTs復(fù)合Al2O3基陶瓷刀具材料的組分配比和保溫時間進(jìn)行了優(yōu)化，通過對復(fù)合陶瓷材料的力學(xué)性能、物相組成和微觀組織

4、的分析，發(fā)現(xiàn)適量的BNNTs能有效的細(xì)化晶粒，提高致密度，減少氣孔等缺陷，使材料的各方面力學(xué)性能明顯提高。但是由于納米相分散困難，過高含量的BNNTs將在基體中團(tuán)聚，使材料的各方面力學(xué)性能明顯下降。
　　為了與一維材料BNNTs作對比，本文研究了六方氮化硼(h-BN)和立方氮化硼(c-BN)顆粒對Al2O3基復(fù)合陶瓷刀具材料力學(xué)性能和微觀組織的影響規(guī)律。結(jié)果表明，同樣為六方結(jié)構(gòu)的BNNTs和h-BN顆粒對Al2O3基陶瓷刀具材料的

5、作用效果完全相反，h-BN顆粒的引入，使材料的力學(xué)性能明顯下降。而c-BN顆粒的引入可以使材料的斷裂方式由沿晶斷裂變成穿晶斷裂，使抗彎強(qiáng)度明顯提高，其中優(yōu)化出的一種立方氮化硼(c-BN)顆粒復(fù)合Al2O3基陶瓷刀具材料AC3的抗彎強(qiáng)度達(dá)到632MPa。
　　為與添加BN的刀具材料對比，并進(jìn)一步提高Al2O3基陶瓷刀具材料的力學(xué)性能，本文研制了Al2O3-TiB2-(W，Ti)C體系的陶瓷刀具材料，對燒結(jié)溫度進(jìn)行了優(yōu)化，分析了燒結(jié)溫

6、度對材料力學(xué)性能和微觀組織的影響，并對物相組成和增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了分析。最終制備的新型復(fù)合陶瓷刀具材料ABW，抗彎強(qiáng)度達(dá)到654MPa，斷裂韌度達(dá)到6.4MPa·m1/2，維氏硬度達(dá)到17GPa。
　　研究了陶瓷刀具ABW切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時的切削性能，并與BN復(fù)合Al2O3基陶瓷刀具AC3以及商用陶瓷刀具SG4作對比。正交實驗優(yōu)化出ABW刀具切削時的最優(yōu)切削參數(shù)是切削速度80m/min、進(jìn)給量0.15mm/r和