納米陶瓷刀具材料微觀組織模擬研究.pdf

1、現(xiàn)代陶瓷刀具材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能和切削性能，把金屬切削加工的能力和水平提高到一個(gè)新的高度。雖然納米陶瓷刀具材料力學(xué)性能有了較大的提高，但納米陶瓷刀具材料的斷裂韌度仍偏低?，F(xiàn)在陶瓷刀具材料大多是采用“試湊法”研制的，研制周期長(zhǎng)。材料的力學(xué)性能取決于材料的微觀組織，因此對(duì)陶瓷刀具材料微觀組織的模擬具有十分重要的意義，可以指導(dǎo)納米陶瓷刀具材料的研發(fā)，縮短其研發(fā)周期。 本文分析了陶瓷刀具材料微觀組織對(duì)其力學(xué)性能的影響、晶粒生長(zhǎng)理論、M

2、onte Carlo Potts模型和Monte Carlo模擬算法，在二維Monte Carlo Potts模型和模擬算法的基礎(chǔ)上，建立了三維Monte Carlo Potts模型和模擬算法，并對(duì)陶瓷刀具材料的微觀組織進(jìn)行了模擬研究。基于微軟公司開(kāi)發(fā)的Visual C++6．0平臺(tái)，利用C++編程語(yǔ)言和OpenGL圖形接口，對(duì)三維模擬模型進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了陶瓷刀具材料微觀組織三維模擬軟件，該軟件可對(duì)陶瓷刀具材料燒結(jié)過(guò)程中微觀組織演

3、變過(guò)程進(jìn)行模擬，可同時(shí)輸出任意時(shí)刻的三維模擬結(jié)果、垂直于模擬區(qū)域棱邊的任意截面和模擬數(shù)據(jù)，并可對(duì)陶瓷燒結(jié)過(guò)程中的各種影響因素進(jìn)行定量分析。 研究了晶粒取向數(shù)Q、晶格點(diǎn)陣尺度、保溫時(shí)間、燒結(jié)溫度和燒結(jié)壓力對(duì)陶瓷刀具材料微觀組織模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明，三維模擬時(shí)晶粒取向數(shù)Q取200是比較合適的；模擬模型使用周期性邊界條件，晶格點(diǎn)陣尺度對(duì)其模擬結(jié)果的影響不大。分別建立了模擬時(shí)間和保溫時(shí)間之間轉(zhuǎn)換模型、燒結(jié)溫度和晶粒生長(zhǎng)速度之間的關(guān)系

4、模型、燒結(jié)壓力和晶粒生長(zhǎng)速度之間關(guān)系模型，并把上述模型耦合到三維模擬模型中，建立了更符合實(shí)際情況的陶瓷刀具材料微觀組織三維模擬物理模型。對(duì)考慮燒結(jié)工藝參數(shù)的三維模擬模型進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明，隨著模擬時(shí)間的增長(zhǎng)，晶粒的平均半徑呈拋物線規(guī)律不斷增大；隨著燒結(jié)溫度和燒結(jié)壓力的升高，晶粒平均半徑不斷增大；燒結(jié)溫度對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響大于燒結(jié)壓力對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響，表明所建立的三維模擬模型是可靠的。 研究了晶粒生長(zhǎng)指數(shù)、晶粒數(shù)和模擬時(shí)間的關(guān)系。

5、結(jié)果表明，在晶粒生長(zhǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，晶粒生長(zhǎng)指數(shù)為0．4623，接近于理論值0．5，證明了本文所建立的模擬模型是正確的；晶粒數(shù)和模擬時(shí)間是雙曲線關(guān)系，即晶粒數(shù)隨模擬時(shí)間的延長(zhǎng)成雙曲線形式減少。 建立了無(wú)缺陷兩相陶瓷刀具材料微觀組織三維模擬模型并進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，第二相晶粒越小和含量越高，其對(duì)基體相晶粒生長(zhǎng)的阻礙作用越強(qiáng)：當(dāng)基體相間晶界能、第二相間晶界能及基體相和第二相間晶界能越接近時(shí)，第二相對(duì)基體相的阻礙作用越弱。 建立