用于钨合金加工的涂层刀具性能表征与摩擦磨损行为分析
发布时间：2021-04-22 07:06
钨合金是一种以金属钨颗粒为主要成分,通过粉末冶金工艺制备的双相金属,得益于其密度大、熔点高、抗腐蚀性优异和辐射屏蔽性好等特性,广泛应用于航空航天、武器、核工业和医疗等领域。由于钨合金具有晶粒粗大,在常温下呈脆性,易粘结且脆-韧转变温度高的特点,在钨合金切削加工过程中存在严重的刀具磨损现象,导致了加工成本高、质量差、效率低等问题。但是目前缺乏针对钨合金切削加工刀具磨损的相关研究,刀具磨损机理不明。涂层刀具有耐侵蚀、表面硬度高、热稳定性好、综合成本低等特点,大量应用于各种难加工材料的加工。因此,本文围绕涂层刀具加工钨合金刀具的磨损行为进行了研究。针对目前尚无系统的成品涂层刀具表征方法的现状,本文首先从涂层刀具性能表征入手,通过对所选刀具的性能参数进行各类测试、对比和分析,建立了一套针对涂层刀具理化参数的表征方法,继而对刀具的基体、涂层和元素成分等性能参数开展了测试;然后以划痕实验研究了刀具的涂层-基体结合强度和涂层破损性质;最后通过摩擦磨损实验的方式,对比了不同涂层刀具的耐磨性能差异和涂层破损性质,分析了导致差异的原因,并建立了刀具摩擦磨损行为与涂层力学性能、刀具划痕性能之间的联系,初步指...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 钨合金的制备、性能、应用和切削加工现状
1.2.1 钨合金制备、性能和应用
1.2.2 钨合金切削加工
1.3 涂层刀具及其摩擦磨损行为研究现状
1.3.1 刀具涂层制备工艺
1.3.2 涂层类别及其性能表征
1.3.3 涂层刀具摩擦磨损实验
1.4 本文主要研究内容
第2章 钨合金切削刀具选型和刀具理化性能表征
2.1 钨合金切削加工刀具选择
2.2 刀具表面形貌观测
2.2.1 刀具表面扫描电镜形貌观测
2.2.2 刀具表面三维形貌参数测试
2.3 刀具基体参数观测
2.3.1 刀具基体硬度测试
2.3.2 刀具基体晶粒观测
2.4 刀具涂层参数测试
2.4.1 刀具涂层厚度观测
2.4.2 刀具涂层纳米压痕测试
2.5 刀具元素成分测试
2.5.1 基体元素成分测试
2.5.2 涂层元素成分测试
2.6 本章小结
第3章 涂层刀具划痕实验及其失效机理分析
3.1 涂层-基体体系结合强度、失效原理和划痕失效形式
3.1.1 涂层-基体结合强度
3.1.2 涂层拉、压应力失效原理
3.1.3 划痕实验中涂层-基体失效形式
3.2 涂层刀具划痕实验
3.2.1 划痕实验简介
3.2.2 划痕实验设备
3.3 涂层刀具划痕实验、观测及分析
3.3.1 划痕实验
3.3.2 划痕实验结果观测及分析
3.4 本章小结
第4章 摩擦磨损实验平台设计、搭建和测试
4.1 涂层摩擦磨损测试现状
4.2 摩擦磨损实验平台总体设计
4.3 实验平台摩擦副设计
4.4 实验平台力加载机构设计及仿真分析
4.4.1 力加载机构方案比较
4.4.2 力加载机构结构设计
4.4.3 刀具夹持结构设计
4.4.4 力加载机构有限元分析
4.5 摩擦磨损实验平台搭建和校准
4.5.1 实验平台搭建
4.5.2 实验平台测试
4.6 本章小结
第5章 刀具-钨合金摩擦副摩擦磨损实验及分析
5.1 刀具摩擦磨损实验
5.2 实验摩擦系数
5.3 KC5410、KCU10和K313 三种刀具磨痕观测
5.4 KC5010、AC510U和 GC1115 三种刀具磨痕观测
5.5 六种刀具摩擦磨损行为分析
5.5.1 六种刀具耐磨性能对比
5.5.2 六种刀具摩擦磨损行为分析
5.6 车削验证实验
5.6.1 车削实验设计
5.6.2 车削实验及分析
5.7 本章小结
总结与展望
研究内容总结
研究工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及参与项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]切削刀具硬质涂层的结构及其切削性能的研究[J]. 方浩天,周飞,马强,吴志威,孔继周. 机械制造与自动化. 2017(04)
[2]PCBN刀具高速精密切削W-Ni-Fe合金的性能研究[J]. 张燕,夏志辉,徐东鸣. 粉末冶金工业. 2016(06)
[3]基于ABAQUS的某载货汽车前桥有限元分析及模态分析[J]. 刘广禄,董斌,李登科,郭嘉. 机械与电子. 2016(07)
[4]粗颗粒钨粉对90W-Ni-Fe钨合金烧结变形与组织性能的影响[J]. 罗崇玲,王建新,孙改云,郑军. 粉末冶金技术. 2016(03)
[5]钨合金穿甲弹芯材料强化技术及材料技术国外研究分析[J]. 张明星,黄晓霞. 四川兵工学报. 2015(12)
[6]Si、Cr的加入对TiAlN涂层热稳定性能的影响[J]. 朱丽慧,胡涛,宋诚,孟吉炜,刘振宇,刘一雄. 硬质合金. 2015(06)
[7]WC-Co硬质合金最新进展[J]. 张卫兵,刘向中,陈振华,陈鼎,彭程. 稀有金属. 2015(02)
[8]切削刀具摩擦磨损的研究方法综述[J]. 张辉,李桂玉,付增,唐倩雯,宋辉辉,颜培. 制造技术与机床. 2015(01)
[9]基于Deform-3D的65Mn硬态切削加工仿真研究[J]. 赵晶晶,覃寿同,林强,王栋,张银霞,李松涛,段闪闪,李荣鑫. 机床与液压. 2014(23)
[10]硬质合金涂层刀片的金相检测[J]. 胡希川,刘风光,李克林. 硬质合金. 2014(06)
博士论文
[1]ZrTiN梯度涂层刀具的制备及性能研究[D]. 颜培.山东大学 2012
[2]钛合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨损特性及刀具寿命研究[D]. 王晓琴.山东大学 2009
[3]物理气相沉积（PVD）涂层的摩擦学行为研究[D]. 莫继良.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]D+A组合控制多泵源液压系统控制特性研究[D]. 张阳.燕山大学 2017
[2]一种导引头伺服机构结构设计与仿真分析[D]. 周宗马.南京理工大学 2015
[3]PCD微铣刀加工纯钨的试验研究[D]. 刘靖宇.南京航空航天大学 2015
[4]白光干涉仪的可用性研究[D]. 袁丽.华中科技大学 2013
[5]TiAlN薄膜的合成、计算和性能研究[D]. 李玉东.上海大学 2013
[6]氮化物涂层的冲蚀磨损模拟研究[D]. 谢文伟.湘潭大学 2012
[7]涂层和基体对PVD涂层硬质合金刀具高速车削高温合金的影响[D]. 金狂浩.中南大学 2012
[8]镍锌钴铁氧体纳米材料的水热合成与应用[D]. 于翔海.电子科技大学 2012
[9]65Mn弹簧钢激光焊接研究[D]. 李宾.贵州大学 2008
[10]超硬Ti基多元氮化物薄膜的制备及性能与理论研究[D]. 刘金良.兰州大学 2006
本文编号：3153357
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 钨合金的制备、性能、应用和切削加工现状
1.2.1 钨合金制备、性能和应用
1.2.2 钨合金切削加工
1.3 涂层刀具及其摩擦磨损行为研究现状
1.3.1 刀具涂层制备工艺
1.3.2 涂层类别及其性能表征
1.3.3 涂层刀具摩擦磨损实验
1.4 本文主要研究内容
第2章 钨合金切削刀具选型和刀具理化性能表征
2.1 钨合金切削加工刀具选择
2.2 刀具表面形貌观测
2.2.1 刀具表面扫描电镜形貌观测
2.2.2 刀具表面三维形貌参数测试
2.3 刀具基体参数观测
2.3.1 刀具基体硬度测试
2.3.2 刀具基体晶粒观测
2.4 刀具涂层参数测试
2.4.1 刀具涂层厚度观测
2.4.2 刀具涂层纳米压痕测试
2.5 刀具元素成分测试
2.5.1 基体元素成分测试
2.5.2 涂层元素成分测试
2.6 本章小结
第3章 涂层刀具划痕实验及其失效机理分析
3.1 涂层-基体体系结合强度、失效原理和划痕失效形式
3.1.1 涂层-基体结合强度
3.1.2 涂层拉、压应力失效原理
3.1.3 划痕实验中涂层-基体失效形式
3.2 涂层刀具划痕实验
3.2.1 划痕实验简介
3.2.2 划痕实验设备
3.3 涂层刀具划痕实验、观测及分析
3.3.1 划痕实验
3.3.2 划痕实验结果观测及分析
3.4 本章小结
第4章 摩擦磨损实验平台设计、搭建和测试
4.1 涂层摩擦磨损测试现状
4.2 摩擦磨损实验平台总体设计
4.3 实验平台摩擦副设计
4.4 实验平台力加载机构设计及仿真分析
4.4.1 力加载机构方案比较
4.4.2 力加载机构结构设计
4.4.3 刀具夹持结构设计
4.4.4 力加载机构有限元分析
4.5 摩擦磨损实验平台搭建和校准
4.5.1 实验平台搭建
4.5.2 实验平台测试
4.6 本章小结
第5章 刀具-钨合金摩擦副摩擦磨损实验及分析
5.1 刀具摩擦磨损实验
5.2 实验摩擦系数
5.3 KC5410、KCU10和K313 三种刀具磨痕观测
5.4 KC5010、AC510U和 GC1115 三种刀具磨痕观测
5.5 六种刀具摩擦磨损行为分析
5.5.1 六种刀具耐磨性能对比
5.5.2 六种刀具摩擦磨损行为分析
5.6 车削验证实验
5.6.1 车削实验设计
5.6.2 车削实验及分析
5.7 本章小结
总结与展望
研究内容总结
研究工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及参与项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]切削刀具硬质涂层的结构及其切削性能的研究[J]. 方浩天,周飞,马强,吴志威,孔继周. 机械制造与自动化. 2017(04)
[2]PCBN刀具高速精密切削W-Ni-Fe合金的性能研究[J]. 张燕,夏志辉,徐东鸣. 粉末冶金工业. 2016(06)
[3]基于ABAQUS的某载货汽车前桥有限元分析及模态分析[J]. 刘广禄,董斌,李登科,郭嘉. 机械与电子. 2016(07)
[4]粗颗粒钨粉对90W-Ni-Fe钨合金烧结变形与组织性能的影响[J]. 罗崇玲,王建新,孙改云,郑军. 粉末冶金技术. 2016(03)
[5]钨合金穿甲弹芯材料强化技术及材料技术国外研究分析[J]. 张明星,黄晓霞. 四川兵工学报. 2015(12)
[6]Si、Cr的加入对TiAlN涂层热稳定性能的影响[J]. 朱丽慧,胡涛,宋诚,孟吉炜,刘振宇,刘一雄. 硬质合金. 2015(06)
[7]WC-Co硬质合金最新进展[J]. 张卫兵,刘向中,陈振华,陈鼎,彭程. 稀有金属. 2015(02)
[8]切削刀具摩擦磨损的研究方法综述[J]. 张辉,李桂玉,付增,唐倩雯,宋辉辉,颜培. 制造技术与机床. 2015(01)
[9]基于Deform-3D的65Mn硬态切削加工仿真研究[J]. 赵晶晶,覃寿同,林强,王栋,张银霞,李松涛,段闪闪,李荣鑫. 机床与液压. 2014(23)
[10]硬质合金涂层刀片的金相检测[J]. 胡希川,刘风光,李克林. 硬质合金. 2014(06)
博士论文
[1]ZrTiN梯度涂层刀具的制备及性能研究[D]. 颜培.山东大学 2012
[2]钛合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨损特性及刀具寿命研究[D]. 王晓琴.山东大学 2009
[3]物理气相沉积（PVD）涂层的摩擦学行为研究[D]. 莫继良.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]D+A组合控制多泵源液压系统控制特性研究[D]. 张阳.燕山大学 2017
[2]一种导引头伺服机构结构设计与仿真分析[D]. 周宗马.南京理工大学 2015
[3]PCD微铣刀加工纯钨的试验研究[D]. 刘靖宇.南京航空航天大学 2015
[4]白光干涉仪的可用性研究[D]. 袁丽.华中科技大学 2013
[5]TiAlN薄膜的合成、计算和性能研究[D]. 李玉东.上海大学 2013
[6]氮化物涂层的冲蚀磨损模拟研究[D]. 谢文伟.湘潭大学 2012
[7]涂层和基体对PVD涂层硬质合金刀具高速车削高温合金的影响[D]. 金狂浩.中南大学 2012
[8]镍锌钴铁氧体纳米材料的水热合成与应用[D]. 于翔海.电子科技大学 2012
[9]65Mn弹簧钢激光焊接研究[D]. 李宾.贵州大学 2008
[10]超硬Ti基多元氮化物薄膜的制备及性能与理论研究[D]. 刘金良.兰州大学 2006
本文编号：3153357
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