【摘 要】
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钛合金由于具有比强度高、抗腐蚀性好,耐高温等优良性能,广泛应用在航空航天、汽车和生物医用等领域。但钛合金属于一种难加工材料,在切削加工时切削温度高、单位面积上切削力大、刀具黏附严重和加工表面质量差等问题,制约了钛合金的发展。在实际生产中,常用硬质合金刀具对钛合金进行加工,传统的WC基硬质合金也是现今应用量较多的刀具,但其含有的粘结剂Co化学性质较活泼,易腐蚀、易氧化,且不耐高温。本文将制备新型Al
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钛合金由于具有比强度高、抗腐蚀性好,耐高温等优良性能,广泛应用在航空航天、汽车和生物医用等领域。但钛合金属于一种难加工材料,在切削加工时切削温度高、单位面积上切削力大、刀具黏附严重和加工表面质量差等问题,制约了钛合金的发展。在实际生产中,常用硬质合金刀具对钛合金进行加工,传统的WC基硬质合金也是现今应用量较多的刀具,但其含有的粘结剂Co化学性质较活泼,易腐蚀、易氧化,且不耐高温。本文将制备新型Al2O3/La2O3/WC无粘结相硬质合金刀具材料,研究其力学性能、摩擦磨损性能以及对钛合金的干切削性能,并与YG8刀具对比。主要研究内容如下:采用低温自蔓燃法根据不同的助燃剂添加比例制备了Al2O3/La2O3/WC前驱体粉末。结果表明:当尿素和葡萄糖添加比例为15:1时,前驱体颗粒细小且分散均匀,进行还原碳化后,制备出新型Al2O3/La2O3/WC复合粉末。采用放电等离子烧结在不同烧结温度下制备无粘结相Al2O3/La2O3/WC复合材料,研究烧结温度对材料性能的影响。结果表明:随着烧结温度的提高,WC基体晶粒逐渐长大;材料的致密度不断增加;抗弯强度、硬度、断裂韧性都先上升后下降。当烧结温度为1600℃时,Al2O3/La2O3/WC复合材料的致密度达到了98.8%;组织中的晶粒细小,Al2O3为弥散均匀分布,具有较好的力学性能,抗弯强度为792.0MPa,显微硬度为1771.3HV30,断裂韧性为5.37 MPa·m1/2。通过新型Al2O3/La2O3/WC无粘结相硬质合金材料、YG8材料与钛合金对磨件的磨损实验,分析了新型Al2O3/La2O3/WC无粘结相硬质合金材料的摩擦性能和磨损机理。结果表明:与YG8相比,Al2O3/La2O3/WC样品的摩擦系数较平稳;相同条件下,Al2O3/La2O3/WC样品的摩擦系数和磨损率总是低于YG8的,样品的磨损机制主要是粘结磨损;YG8磨损机制为粘结磨损、Co粘结相的析出以及产生的WC晶粒脱落。使用制备的Al2O3/La2O3/WC无粘结相硬质合金刀具和YG8刀具对钛合金TC4进行干切削对比实验,研究Al2O3/La2O3/WC无粘结相硬质合金刀具对TC4的干切削性能。结果表明:进给量和背吃刀量一定时,随着切削速度的增加,Al2O3/La2O3/WC无粘结相硬质合金刀具的三向切削力和表面粗糙度都呈先增大后减小的趋势;而YG8刀具的切削力持续减小,其表面粗糙度先减小再增大;随着进给量以及背吃刀量的增加,两种刀具的切削力以及表面粗糙度都增加。相同的切削条件下,无粘结相硬质合金刀具的切削力和表面粗糙度都小于YG8刀具。Al2O3/La2O3/WC无粘结相硬质合金刀具比YG8刀具具有更好的耐磨性和综合切削性能。
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