硬質(zhì)合金刀具切削筒節(jié)材料刀屑接觸區(qū)元素擴散特性研究.pdf

1、硬質(zhì)合金刀具切削加工筒節(jié)材料過程中普遍會出現(xiàn)粘焊(表現(xiàn)為“粘刀”現(xiàn)象)，并隨著切削過程的繼續(xù)，刀具發(fā)生破損，進而對刀具加工、性能產(chǎn)生影響。針對這一問題，本文在國家自然科學基金“重型切削中硬質(zhì)合金前刀面粘焊層損傷機理研究”(課題編號:51575146)資助下，開展了切削筒節(jié)材料(2.25Cr-1Mo-0.25V)實驗，分析粘焊形成過程，建立切削過程中刀屑接觸區(qū)域的擴散方程，預測接觸區(qū)的濃度分布，并結合產(chǎn)生破損刀具的微觀形貌，分析前刀面的斷

2、裂方式，為改善刀具抗粘結破損性能提供依據(jù)。
　　首先，為了獲取在不同的切削條件下產(chǎn)生粘焊的試樣，搭建切削實驗平臺，并結合顯微硬度分析、超景深觀測和掃描電鏡觀察，獲得刀屑粘焊產(chǎn)生的切削條件;通過切削過程中的力熱數(shù)據(jù)及前刀面微觀表面形貌分析，分析粘焊的形成過程，獲得粘焊產(chǎn)生的力熱條件，為后續(xù)擴散模型的參數(shù)設置提供依據(jù)。
　　其次，根據(jù)刀屑粘焊形成過程分析，得到刀工接觸區(qū)發(fā)生擴散的微觀機制;結合菲克第二定律，建立含有未知參數(shù)的元素

3、擴散濃度方程，采用五點頻率法得到不同元素的擴散系數(shù)，確定元素擴散理論模型的最終形式;通過對切削加工過程中產(chǎn)生粘焊的刀具進行能譜掃描，得到不同元素的濃度分布，并與方程理論計算所得曲線進行對比，驗證模型的正確性。
　　再次，采用分子動力學軟件，結合碳化鎢(WC)微觀結構，分別建立硬質(zhì)合金(WC-Co結構)和筒節(jié)材料(以Fe為基體的鋼結構)的簡化模型，并進行動力學分析，得到其動力學分析過程中的溫度、能量變化和模型擴散后的結構，分析了接觸

4、區(qū)擴散特性;分析擴散后刀具側微觀結構局部放大圖，觀測到基體中孔洞的產(chǎn)生，隨著擴散進程的繼續(xù)，孔洞通過吸收周圍空位，更容易造成裂紋形核和擴展。
　　最后，通過裂紋尖端應力場和位移場分析，確定裂紋尖端塑性區(qū)的存在，同時結合刀具的微觀結構，分析裂紋形核的兩種途徑:初始裂紋處的形核和異相界面上的形核。結合材料的微觀斷口形貌，分析具有粘結的前刀面的微觀結構，確定其破壞的主要方式，為改善硬質(zhì)合金性能、制備以濃度梯度為特征的新型硬質(zhì)合金提供依據(jù)