钛合金切削用硬质合金刀具强流脉冲电子束表面改性研究

发布时间：2017-08-31 14:19

  本文关键词：钛合金切削用硬质合金刀具强流脉冲电子束表面改性研究

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【摘要】：强流脉冲电子束(High Current Pulsed Electron Beam,HCPEB)因具有能量高、脉冲时间短等优势,在材料表面改性领域中倍受青睐。HCPEB辐照过程中引发的应力场能够引起材料表层范围内发生快速而强烈的塑性变形,从而使材料得到特殊的改性效果。因此本文利用SOLO型强流脉冲电子束装置对硬质合金刀具进行辐照,并对辐照前后硬质合金刀具材料的微观结构状态和力学性能进行研究。采用不同的轰击次数和能量密度对YW2和H13A两种硬质合金刀具进行辐照。使用SEM和X射线衍射仪对处理前后刀具表面进行显微形貌和相组成进行分析,并对电子束处理前后试样的显微硬度、表面粗糙度和切削钛合金的性能进行对比研究。最后以刀具表面的显微硬度和粗糙度为响应值,对加速电压、工作电流和脉冲次数等辐照工艺参数进行优化。XRD分析结果表明,HCPEB辐照后,Ti C和Co3W3C的含量增加,WC的衍射峰向高角度方向发生偏移,表层内部产生了较大的压应力,经过计算,能量密度为4.5J/cm2时,刀具表面残余压应力为-10.724GPa。刀具表层100μm范围内显微硬度发生变化,在距离表面20μm处出现最大值,为2012HV。且WC衍射峰发生宽化,晶粒细化。表面微观结果显示,辐照后的硬质合金刀具表面由无颗粒状的熔化组织覆盖,熔化层的厚度大约为1μm,表面粗糙度略有降低。经综合分析,优化得出辐照YW2刀具最优参数:加速电压10k V,工作电流180A,脉冲次数45次。辐照H13A刀具最优参数:加速电压11k V,工作电流120A,脉冲次数50次。与未经处理刀具相比,辐照后的硬质合金刀具的显微硬度明显提高,而粗糙度值降低,对TC4钛合金的切削实验结果也验证了优化工艺处理后刀具的切削性能明显得到提高。
【关键词】：强流脉冲电子束 硬质合金刀具 显微组织 力学性能 切削性能
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TG711
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 钛合金切削研究现状及存在的问题11-14
• 1.1.1 钛合金材料加工特性11-12
• 1.1.2 钛合金切削研究现状12-14
• 1.2 切削加工钛合金的硬质合金刀具材料14-15
• 1.2.1 硬质合金刀具材料14
• 1.2.2 硬质合金刀具切削钛合金存在的主要问题14-15
• 1.3 强脉冲束流表面改性技术15-18
• 1.3.1 电子束工作原理15-16
• 1.3.2 强流脉冲电子束与材料的交互作用16-17
• 1.3.3 强流脉冲电子束辐照对组织和性能的影响17-18
• 1.4 本文选题的依据和主要内容18-21
• 1.4.1 研究的目标与意义18
• 1.4.2 论文的主要研究内容18-21
• 第2章 实验材料及方法21-27
• 2.1 实验材料21
• 2.2 实验设备21-22
• 2.3 实验设计和优化方法22-24
• 2.4 HCPEB温度场模拟24-25
• 2.5 微观表征和性能测试25-27
• 2.5.1 微观表征25
• 2.5.2 性能测试25-27
• 第3章 HCPEB对YW2硬质合金刀具微观组织和性能的影响27-51
• 3.1 脉冲次数对YW2刀具微观组织和性能的影响27-34
• 3.1.1 实验过程27
• 3.1.2 脉冲次数对物相组成的影响27-28
• 3.1.3 脉冲次数对表面形貌和粗糙度的影响28-31
• 3.1.4 脉冲次数对显微硬度的影响31-33
• 3.1.5 脉冲次数对切削钛合金性能的影响33
• 3.1.6 温度场模型结果33-34
• 3.2 辐照能量对YW2刀具微观组织和性能的影响34-43
• 3.2.1 实验过程34-35
• 3.2.2 能量密度对刀具物相组成的影响35-37
• 3.2.3 能量密度对表面形貌的影响37-40
• 3.2.4 能量密度对显微硬度和粗糙度的影响40-41
• 3.2.5 辐照前后YW2刀具切削钛合金的性能41-43
• 3.3 响应面法优化HCPEB辐照YW2硬质合金刀具工艺43-51
• 3.3.1 显微硬度回归模型44-46
• 3.3.2 粗糙度回归模型46-47
• 3.3.3 YW2硬质合金刀具辐照工艺参数优化结果47-51
• 第4章 HCPEB对H13A硬质合金刀具微观组织和性能的影响51-63
• 4.1 实验过程51-52
• 4.2 能量密度对表面形貌的影响52-53
• 4.3 能量密度对显微硬度和粗糙度的影响53-55
• 4.4 辐照前后H13A刀具切削钛合金性能55-56
• 4.5 响应面法优化HCPEB辐照H13A硬质合金刀具工艺56-63
• 4.5.1 显微硬度回归模型57-59
• 4.5.2 粗糙度回归模型59-60
• 4.5.3 H13A硬质合金刀具辐照工艺参数优化结果60-63
• 结论63-65
• 参考文献65-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果73-75
• 致谢75-76

【参考文献】

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本文编号：766083