TiB2-Ti(C,N)復合陶瓷刀具材料研制及切削性能研究.pdf

1、本文針對陶瓷刀具材料的設計目標，采用真空熱壓燒結工藝，制備了TiB2為基體相，Ti(C，N)為添加相以及Ni和Mo為燒結助劑的TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具材料，并研究了TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具材料組分配比和燒結工藝對其力學性能和微觀組織的影響，分析了芯-殼結構燒結機理以及添加相和燒結助劑增韌補強機理;研究了TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具連續(xù)切削冷作模具鋼Cr12MoV和奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時的切削性

2、能和刀具失效機理。
　　 實驗優(yōu)化了TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具材料添加相Ti(C，N)含量、燒結助劑Ni和Mo含量、燒結溫度以及保溫時間，并研究了其對力學性能和微觀組織的影響。研究表明，TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具材料的最佳配比和燒結工藝是M11、M14、M20和M22四種材料，其平均抗彎強度分別是988.4MPa、883.7MPa、898.9MPa和897.8MPa;其平均斷裂韌度分別是8.14MPa·m1/

3、2、7.95MPa·m1/2、7.94MPa·m1/2和7.85MPa·m1/2;其平均維氏硬度分別是24.35GPa、23.41GPa、23.22GPa和22.88GPa。
　　 TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具材料的抗彎強度隨Ti(C，N)含量和保溫時間的增加而先增大后降低，隨Ni和Mo含量以及燒結溫度的增加而增大;斷裂韌度隨Ti(C，N)含量的增加而變化較小，隨Ni和Mo含量的增加而降低，隨燒結溫度和保溫時間的增加而增

4、大;維氏硬度隨Ti(C，N)含量和保溫時間的增加而先增大后降低，隨Ni和Mo含量以及燒結溫度的增加而增大。
　　 Ti(C，N)抑制了TiB2晶粒的長大，Ni和Mo提高了材料致密度，并生成包裹相抑制了TiB2晶粒的合并長大，提高其力學性能。燒結助劑Ni和Mo含量是18wt.％時，發(fā)生團聚，降低其力學性能。隨著燒結溫度的提高，燒結助劑Ni和Mo活性增加，內部孔洞減少，致密度增加，晶界移動的阻礙作用降低，晶粒生長增快，因此力學性能較

5、高。保溫時間為45min時，燒結助劑Ni和Mo活性較低，未能充分潤濕溶解TiB2和Ti(C，N)，各組分相分布不均勻，晶粒生長受阻，因此M23和M21抗彎強度和斷裂韌度較低。
　　 分析了TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具材料晶粒芯-殼結構燒結機理和增韌補強機理。當燒結溫度升至燒結助劑Ni和Mo共晶溫度以上時，Ni和Mo熔化形成液相，沿TiB2和Ti(C，N)晶粒晶界流動鋪展并填充晶粒間孔洞，部分過飽和的液相Ni和Mo原子在T

6、iB2晶粒表面淀析，形成芯-殼結構。材料的主要增韌補強機理是Ti(C，N)引起的裂紋偏轉增韌、Ni和Mo包裹相裂紋屏蔽增韌及Ti(C，N)晶粒拔出補強。
　　 研究了四種力學性能較好的TiB2-Ti(C，N)復合陶瓷刀具M11、M14、M20和M22的切削性能和刀具失效機理。連續(xù)切削冷作模具鋼Cr12MoV時，最優(yōu)切削用量是切削速度80m/min，切削深度0.3mm，進給量0.1mm/r。在此切削用量下，與SG4相比，M11刀具

7、切削性能較差，M14和M22切削性能較好，刀具壽命較長。M11的主要失效形式是前后刀面磨損和破損，M14、M20、M22和SG4的主要失效形式是后刀面磨損，主要失效機理是磨粒磨損、粘結擴散磨損和微區(qū)脆性剝離。連續(xù)切削奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti時，最優(yōu)切削用量是切削速度80m/min，切削深度0.2mm，進給量0.125mm/r。在此切削用量下，刀具M11、M14、M20和M22的切削性能均較差。刀具主要失效形式是后刀面破損，主要失