【摘 要】
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陶瓷刀具材料具有高硬度、高强度和良好的耐磨性,在难加工材料的切削加工和提高加工效率等方面有着巨大优势,在切削加工领域有很广阔的应用前景。本文针对目前陶瓷刀具材料断
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陶瓷刀具材料具有高硬度、高强度和良好的耐磨性,在难加工材料的切削加工和提高加工效率等方面有着巨大优势,在切削加工领域有很广阔的应用前景。本文针对目前陶瓷刀具材料断裂韧性和抗弯强度低的缺点,在微米级Si3N4、TiC粉体中添加纳米级Si3N4、SiC颗粒,采用热压烧结工艺制备出新型Si3N4基微纳米复合陶瓷刀具ST3,并对其力学性能、微观结构、裂纹扩展形态进行了研究。ST3陶瓷刀具的力学性能参数为：抗弯强度1000Mpa,断裂韧性为8.5MPa·m1/2,维氏硬度为19.5GPa。本文研究了微纳米复合陶瓷材料ST3的宏微观设计、组分配比和增韧机理,ST系列微纳米复合陶瓷刀具材料的制备工艺及其优化,探讨了各组分含量对陶瓷刀具材料的微观结构和力学性能的影响,并对烧结温度、烧结时间等工艺参数进行了分析。通过干切削试验,对比所制备刀具ST3与外购Si3N4基陶瓷刀具FD-01干切削淬硬40CrNiMoA和T10A棒料的切削性能,研究了刀具的磨损机理。通过扫描电子显微镜(SEM)和USB显微镜,分析了刀具前、后刀面的磨损形貌,研究刀具材料的磨损机理。结果表明：刀具材料中氮化硅形成柱状β-Si3N4,不同长径比的柱状的β-Si3N4晶粒相互交错。陶瓷材料断口表面凹凸不平,有明显的晶粒拔出现象。在微米级粉体中添加纳米级颗粒增韧后,强度和硬度都得到了较大提高。颗粒增韧、裂纹桥接和裂纹偏转是刀具材料主要的强韧机制。干切削淬硬40CrNiMoA时,ST3切削性能明显优于FD-01。ST3的主要磨损形式为粘结磨损和磨粒磨损,并伴随轻微的微崩刃。连续切削淬火T10A时,在较低速度下,ST3刀具的磨损形态以前刀面的月牙洼磨损、后刀面粘结磨损和边界磨损为主,并伴随有明显的微裂纹；随着切削速度的提高(vc>150m/min),崩刃、碎断等破损成为刀具的主要失效形式：FD-01刀具在对比速度下呈现出刀尖破损。机械疲劳和热疲劳是造成刀具破损的主要原因。
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