陶瓷刀具切削镍基合金刀具磨损及界面行为研究

发布时间：2023-05-14 21:04

　　镍基高温合金GH4169在650℃-1000℃的高温下仍能保持良好的物理力学性能,因此被广泛的应用在航空发动机的涡轮盘和叶片的制造中。但镍基高温合金在加工过程中存在塑性变形大、导热率低等特点,使切削时易出现切削区域温度高,切削力波动大的情况,导致刀具在切削过程中极易发生磨损,影响加工质量。因此,研究镍基合金切削过程中的刀具磨损机制对提高加工质量具有重要意义。镍基高温合金的加工过程通常采用精密或超精密切削来完成,普遍使用的宏观研究方法不足以深入全面的揭示其切削过程的刀具磨损机制。为此,本文采用分子动力学模拟的方法,从原子尺度对镍基高温合金切削过程的刀具粘结、扩散磨损以及刀具的界面行为进行了研究。根据刀、工材料的宏观特性和微观晶体学结构,建立了碳化硅增韧氧化铝陶瓷刀具切削镍基合金的多晶切削模型,并对所建立的模型进行材料属性的验证。计算了刀具与工件原子间、刀具内部基体与增韧间的势函数,对仿真结果进行可视化分析,发现粘结磨损过程分为接触、粘着、脱落三个阶段。从应力、径向分布函数、形成能三个方面对切削过程中的粘结现象以及粘结物进行分析,发现粘结发生在刀-工挤压作用较强的时刻,同时刀具表面粘结的工...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题背景及研究意义
    1.3 研究现状及存在的问题
        1.3.1 纳米切削技术的研究
        1.3.2 分子动力学方法的研究
        1.3.3 势函数的研究
        1.3.4 刀具磨损机理的研究
        1.3.5 陶瓷刀具界面行为的研究
        1.3.6 目前研究存在的主要问题
    1.4 主要研究内容
第2章 分子动力学模拟及模型验证
    2.1 分子动力学基本原理
        2.1.1 系综的选取
        2.1.2 边界条件的选取
        2.1.3 时间步长的确定
    2.2 模型的建立及仿真条件
        2.2.1 工件模型
        2.2.2 刀具模型
        2.2.3 界面模型
        2.2.4 切削模型及仿真条件
    2.3 势函数的选取和计算
        2.3.1 EAM势函数
        2.3.2 Tersoff势函数
        2.3.3 Morse势函数
    2.4 分子动力学模型验证
        2.4.1 工件模型验证
        2.4.2 刀具模型验证
    2.5 本章小结
第3章 陶瓷刀具切削GH4169刀具粘结磨损机理的微观研究
    3.1 粘结现象分析
        3.1.1 刀—工、刀—屑粘结现象分析
        3.1.2 剪切应变与应力分析
        3.1.3 势能差分析
    3.2 刀—屑界面的粘结物分析
        3.2.1 刀具中的Si-C断裂
        3.2.2 刀具表面生成镍硅化合物
    3.3 磨损分析
        3.3.1 键长、键能分析
        3.3.2 温度与粘结强度系数分析
        3.3.3 切削力与摩擦系数分析
    3.4 本章小结
第4章 陶瓷刀具切削GH4169刀具扩散磨损机理的微观研究
    4.1 扩散现象分析
    4.2 扩散数学模型的建立
    4.3 工件原子扩散条件
        4.3.1 工件原子空位迁移能
        4.3.2 工件晶界空位形成能
        4.3.3 工件晶格空位形成能
    4.4 工件原子扩散进入刀具条件
        4.4.1 刀具晶格空位形成能
        4.4.2 SiC间隙原子形成能
    4.5 本章小结
第5章 陶瓷刀具切削GH4169刀具界面行为研究
    5.1 实验过程
    5.2 单相Al₂O₃、单相SiC的界面结合能
    5.3 复相Al₂O₃/SiC的界面结合能
    5.4 扩散后刀具的界面结合能
    5.5 本章小结
第6章 结论
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间研究成果



本文编号：3817764