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钛合金具有很高的比强度、较宽的工作温度范围、优异的耐腐蚀能力,在航空航天以及民用领域都有越来越广泛的应用。然而钛合金属于典型的难加工材料,高速切削钛合金过程中普遍存在刀具耐用度低和加工表面质量不易保证的问题。目前,在钛合金切削的刀具材料选用方面,WC-Co硬质合金仍是工业上最常选用的刀具材料。然而Co粘结剂的存在使WC-Co类硬质合金高温硬度不足而且Co粘结剂易扩散流失,因此会导致刀具的快速失效。这些缺陷使目前在使用WC-Co硬质合金切削加工钛合金时切削速度仅为40~80 m/min。因此,使用具有高耐热性、耐磨损、高强韧性和热化学稳定性的新型粘结剂取代Co粘结剂的WC基硬质合金材料是钛合金高速切削加工的重要新途径。为了提高切削效率,近年来具有微织构表面的刀具也被应用于钛合金的切削。试验表明,微织构表面刀具可减少钛合金粘结并降低刀-屑接触面的温度。然而目前已报道的工作主要集中在刀具表面微织构作用机理方面的探索。受基体材料性能和微织构质量的限制,已发展的微织构表面刀具在耐用度及可靠性方面还没有达到实际应用的要求。本文提出采用Ni3Al粘结剂取代传统硬质合金中Co粘结剂的WC-10Ni3Al硬质合金材料作为钛合金切削的刀具材料,并在WC-10Ni3Al刀具表面引入合理的功能微织构,以提高WC-10Ni3Al刀具切削钛合金的性能。针对WC-10Ni3Al材料性能问题及表面微织构WC-10Ni3Al刀具切削钛合金的磨损性能问题,着重研究了WC-10Ni3Al硬质合金的抗粘结-溶解-扩散性能/抗磨料磨损性能,WC-10Ni3Al硬质合金表面微织构的激光加工性能,以及表面微织构对WC-10Ni3Al硬质合金刀具切削Ti6Al4V磨损性能的影响及相关机理。作为WC-10Ni3Al硬质合金刀具切削Ti6Al4V磨损机理研究的基础,本文首先对WC-10Ni3Al与Ti6Al4V之间的热力学溶解进行了理论分析,并通过高温扩散试验对WC-10Ni3Al与Ti6Al4V之间的元素扩散进行了研究。在此基础上,通过SRV VI摩擦磨损试验机测试了WC-10Ni3Al与Ti6Al4V对磨时的抗粘结-溶解-扩散磨损性能以及与Si3N4对磨时的抗磨料磨损性能。研究结果表明,相比于YG8而言,WC-10Ni3Al与Ti6Al4V之间的化学相容性较低,因此在相同试验条件下,WC-10Ni3Al比YG8具有更高的抗粘结-溶解-扩散磨损的能力。同时,由于Ni3Al粘结剂的微观硬度高于Co粘结剂,导致WC-10Ni3Al(HV 1812)具有比YG8(HV 1660)更高的显微硬度,因此在相同试验条件下,WC-10Ni3Al具有更高的抗磨料磨损的能力。在WC-10Ni3Al表面微织构的激光加工方面,通过对不同激光加工功率下WC-10Ni3Al表面微织构的形貌及参数的分析研究发现,由于Ni3Al粘结剂的激光吸收率较高、导热率较低、熔沸点较低,使得WC-10Ni3Al表面微织构加工的最优激光加工功率要低于YG8,且在各自最优激光功率下,WC-10Ni3Al表面微织构宽度、深度更加均匀,同时由于激光加工过程中温度更低,WC颗粒长大程度较小,使得WC-10Ni3Al表面微织构附近硬度值变化更小。以上研究表明,最优激光加工功率下制备得到的WC-10Ni3Al表面微织构的质量要高于YG8。最终,在最优的激光加工参数条件下制备得到了具有特定微织构参数的表面微织构WC-10Ni3Al刀具。基于以上研究,本文最后分别对光滑刀面型及具有表面微织构的WC-10Ni3Al刀具切削Ti6Al4V过程中的刀具耐用度及刀具磨损机理进行了研究。对光滑刀面型WC-10Ni3Al刀具在不同切削速度下切削Ti6Al4V过程中刀具耐用度及磨损机理的分析研究表明,相比于YG8而言,WC-10Ni3Al刀具具有更高的刀具耐用度。两种刀具切削Ti6Al4V过程中前刀面的主要磨损机理是粘结-溶解-扩散磨损,但是由于WC-10Ni3Al与Ti6Al4V之间的化学相容性更低,因此其磨损程度要小于YG8。另外,使用切削液均能在一定程度上减小这两种刀具在切削钛合金时的磨损量。对具有微织构表面的WC-10Ni3Al刀具在切削Ti6Al4V过程中的磨损量及磨损机理的分析研究发现,在干切削条件下,表面微织构能够改善WC-10Ni3Al刀具切削Ti6Al4V过程中刀-屑接触面的摩擦状况,有效的减少粘结;在切削液条件下,微织构能够使切削液有效的渗透到切削区,从而进一步减少刀具表面的粘结。同时,由于WC-10Ni3Al具有良好的抗磨损性能和激光加工性能,使得表面微织构不会因为磨损而失效,从而能够在切削过程中持续发挥效用。以上结果表明,表面微织构WC-10Ni3Al刀具可以作为高速切削Ti6Al4V钛合金刀具的新选择。