立方氮化硼復(fù)合(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具的研制及其切削性能研究.pdf

1、陶瓷刀具具有高硬度和良好耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，但存在脆性大和易崩刃的缺點(diǎn)，立方氮化硼(c-BN)具有熱穩(wěn)定性，對(duì)鐵族元素具有化學(xué)惰性，適用于加工硬度高和韌性大的材料，是理想的陶瓷材料增強(qiáng)相。本文將c-BN作為增強(qiáng)相，以Co作為金屬粘結(jié)相，采用真空熱壓燒結(jié)工藝，制備了綜合性能優(yōu)異的新型陶瓷刀具材料；研究了不同c-BN的含量以及燒結(jié)工藝對(duì)(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料性能的影響；分析了立方氮化硼對(duì)(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理；研

2、究了新型(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具切削45號(hào)鋼時(shí)的切削性能及磨損機(jī)理。
　　本研究對(duì)c-BN復(fù)合(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料的物理相容性和化學(xué)相容性進(jìn)行了分析。采用十二烷基硫酸鈉對(duì)c-BN改性分散，改善其團(tuán)聚現(xiàn)象。研究了c-BN復(fù)合(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料的組分配比和燒結(jié)工藝對(duì)材料綜合力學(xué)性能的影響，研究表明當(dāng)c-BN含量為1.5wt％時(shí)，(Ti,W)C基復(fù)合金屬陶瓷刀具的力學(xué)性能最優(yōu)。當(dāng)復(fù)合材料燒結(jié)溫度1450℃、

3、保溫時(shí)間30min和燒結(jié)壓力30MPa時(shí)，(Ti,W)C基復(fù)合金屬陶瓷刀具的性能最優(yōu)，其抗彎強(qiáng)度達(dá)到996MPa、斷裂韌性8.57MPa·m1/2和維氏硬度20.78GPa。c-BN復(fù)合(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料腐蝕實(shí)驗(yàn)表明c-BN可以減少基體中的脆性相，并且c-BN顆粒在基體中可以起顆粒釘扎作用，有利于(Ti,W)C基復(fù)合金屬陶瓷刀具材料性能的提升。在燒結(jié)溫度1450℃、保溫時(shí)間60min和燒結(jié)壓力30MPa的燒結(jié)工藝下，真空熱

4、壓燒結(jié)制備了不同c-BN的含量(Ti,W)C-WC-Co刀具材料。在c-BN添加量為1wt%時(shí)，(Ti,W)C-WC-Co刀具材料的力學(xué)性能最優(yōu)，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到769MPa、斷裂韌性6.64MPa·m1/2和維氏硬度22.83GPa。研究發(fā)現(xiàn)c-BN對(duì)兩種(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料的微觀組織的影響相似，添加適量的c-BN能有效的細(xì)化晶粒，減少氣孔和孔隙等缺陷，c-BN的加入使(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料斷裂方式主要為由

5、沿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇┚嗔?，斷裂方式的改變可以有效的提?Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料的綜合力學(xué)性能，但是由于c-BN分散困難，過(guò)高含量的c-BN在制備時(shí)由于存在團(tuán)聚和相變現(xiàn)象，使(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料的力學(xué)性能明顯下降。研究了(Ti,W)C基復(fù)合金屬陶瓷刀具連續(xù)切削45鋼的切削性能。隨著切削速度的增加，(Ti,W)C復(fù)合金屬陶瓷刀具的切削力大致均呈增加趨勢(shì)，切削溫度均呈增加趨勢(shì)，材料表面粗糙度呈降低趨勢(shì)。從切削力、切削溫度和加

6、工工件材料表面粗糙度上綜合考慮，在切削速度較低時(shí)，宜選用CTW1刀具，當(dāng)切削速度較高時(shí)，可選用CTW1刀具或CT1.5刀具。在切削速度υc=120m/min，進(jìn)給量f=0.2mm/r，切削深度ap=0.5mm切削條件下，CT1.5與CTW1比CT0與CTW0相比刀具壽命更長(zhǎng)，其中CTW1刀具切削壽命最高，可達(dá)到1200m以上，c-BN的加入可有效提高刀具壽命。在相同切削條件下，c-BN的添加可有效提高刀具抗磨損能力，未添加c-BN的刀具