新型TiB2基陶瓷刀具材料

前言

第1章緒論1

1.1TiB2陶瓷的性能和特點1

1.2TiB2基陶瓷材料的性能、特點及應用2

1.3新型TiB2基陶瓷刀具材料的研究現狀9

1.3.1陶瓷刀具材料的研發(fā)現狀9

1.3.2TiB2基陶瓷刀具材料的研究目的及內容14

第2章新型TiB2基陶瓷刀具材料的設計15

2.1TiB2基陶瓷刀具材料的設計原則15

2.1.1金屬相的選擇原則15

2.1.2增強相的選擇原則17

2.1.3添加相與基體相間的化學相容性19

2.2新型TiB2基陶瓷刀具材料的設計方案20

2.3小結22

第3章新型TiB2基陶瓷刀具材料的制備23

3.1TiB2基陶瓷材料的制備工藝23

3.1.1TiB2基陶瓷材料混合粉末的制備技術23

3.1.2TiB2基陶瓷材料的燒制技術24

3.2新型TiB2基陶瓷刀具材料制備工藝的制訂25

3.3小結29

第4章新型TiB2基陶瓷刀具材料的測試技術30

4.1TiB2基陶瓷刀具材料試樣條的精密制造技術30

4.2TiB2基陶瓷刀具材料力學性能的測試技術31

4.3TiB2基陶瓷刀具材料微觀組織的測試技術33

4.4TiB2基陶瓷刀具材料摩擦磨損性能的測試技術33

4.5小結34

第5章新型TiB2基陶瓷刀具材料制備工藝的優(yōu)化35

5.1增強相對TiB2基陶瓷刀具材料的影響35

5.1.1HfN含量對TiB2基陶瓷刀具材料的影響35

5.1.2HfC含量對TiB2基陶瓷刀具材料的影響40

5.1.3HfB2含量對TiB2基陶瓷刀具材料的影響45

5.2金屬相對TiB2基陶瓷刀具材料的影響50

5.2.1金屬相對TiB2-HfN陶瓷刀具材料的影響50

5.2.2金屬相對TiB2-HfC陶瓷刀具材料的影響56

5.2.3金屬相對TiB2-HfB2陶瓷刀具材料的影響61

5.3燒結溫度對TiB2基陶瓷刀具材料的影響66

5.3.1燒結溫度對TiB2-HfN陶瓷刀具材料的影響66

5.3.2燒結溫度對TiB2-HfC陶瓷刀具材料的影響68

5.3.3燒結溫度對TiB2-HfB2陶瓷刀具材料的影響71

5.4保溫時間對TiB2基陶瓷刀具材料的影響74

5.4.1保溫時間對TiB2-HfN陶瓷刀具材料的影響74

5.4.2保溫時間對TiB2-HfC陶瓷刀具材料的影響77

5.4.3保溫時間對TiB2-HfB2陶瓷刀具材料的影響79

5.5小結82

第6章新型TiB2基陶瓷刀具材料的摩擦磨損性能84

6.1新型TiB2基陶瓷刀具材料與硬質合金的摩擦磨損性能84

6.1.1TiB2-HfN陶瓷刀具材料與硬質合金的摩擦磨損性能84

6.1.2TiB2-HfC陶瓷刀具材料與硬質合金的摩擦磨損性能89

6.1.3TiB2-HfB2陶瓷刀具材料與硬質合金的摩擦磨損性能93

6.1.4新型TiB2基陶瓷刀具材料與硬質合金的磨損機理96

6.2新型TiB2基陶瓷刀具材料與不銹鋼的摩擦磨損性能99

6.2.1TiB2-HfN陶瓷刀具材料與不銹鋼的摩擦磨損性能99

6.2.2TiB2-HfC陶瓷刀具材料與不銹鋼的摩擦磨損性能104

6.2.3TiB2-HfB2陶瓷刀具材料與不銹鋼的摩擦磨損性能107

6.2.4新型TiB2基陶瓷刀具材料與不銹鋼的磨損機理111

6.3TiB2基陶瓷刀具材料與鈦合金的摩擦磨損性能112

6.3.1TiB2-HfN陶瓷刀具材料與鈦合金的摩擦磨損性能112

6.3.2TiB2-HfC陶瓷刀具材料與鈦合金的摩擦磨損性能116

6.3.3TiB2-HfB2陶瓷刀具材料與鈦合金的摩擦磨損性能119

6.3.4新型TiB2基陶瓷刀具材料與鈦合金的磨損機理122

6.4新型TiB2基陶瓷刀具材料與難加工材料的摩擦磨損性能對比123

6.5小結126

參考文獻128

本書系統地介紹了新型TiB2基陶瓷刀具材料的設計、制備、性能測試方法及摩擦磨損性能。其主要內容包括：新型TiB2基陶瓷刀具材料的設計、新型TiB2基陶瓷刀具材料的制備、新型TiB2基陶瓷刀具材料的測試技術，以及新型TiB2-HfN、TiB2-HfC、TiB2-HfB2陶瓷刀具材料制備工藝的優(yōu)化過程及其與硬質合金、不銹鋼、鈦合金對磨時的摩擦磨損性能。本書為新型陶瓷刀具材料的設計與制備提供了方法指導，并為提高陶瓷刀具材料的耐磨性提供了依據，具有較高的實用參考價值。

研究了梯度功能陶瓷刀具材料的設計理論及制造工藝、物理力學性能、顯微結構、抗熱震性及切削性能。其主要創(chuàng)造性成果有：首次提出了對稱型雙向分布的梯度功能陶瓷刀具材料組成分布設計模型，研制成功兩種性能優(yōu)良的陶瓷刀具材料，經檢索為國際首創(chuàng)?？杉庸じ鞣N鋼和鑄鐵，刀具壽命比普通陶瓷刀具提高30-100%，而成本只提高15%，有廣闊的應用前景；提出了梯度功能陶瓷刀具材料的多目標優(yōu)化設計方法并建立梯度功能材料的組成分布與材料的各物理力學性能之間的數學模型；建立了梯度功能陶瓷刀具材料的抗熱震性和抗破損理論模型，并進行了實驗驗證。取得的創(chuàng)造性成果具有重大理論和實際價值，開拓了材料設計的新領域，推動了陶瓷刀具材料的發(fā)展。

• 版次：1

• 商品編碼：12795455

• 品牌：化學工業(yè)出版社

• 包裝：平裝

• 開本：32開

• 用紙：膠版紙

• 頁數：190

• 正文語種：中文

內容簡介

《石墨烯強韌化復相陶瓷刀具材料及性能研究》詳細地分析了石墨烯強韌化氧化鋁基陶瓷刀具材料的設計及性能：通過在氧化鋁基陶瓷刀具材料中加入石墨烯來調節(jié)界面結構，借助計算力學技術和有限元分析技術，分析了陶瓷復合材料微觀結構與宏觀力學性能之間的關系，設計并構筑了石墨烯強韌化氧化鋁-碳化鈦復相陶瓷材料界面，引入多種強韌化機制，以顯著提高陶瓷刀具材料的切削性能。這對提高淬硬鋼等難加工材料的加工效率具有重要的實際意義，也對后續(xù)石墨烯的分散方式以及石墨烯的改性方式的研究提供理論依據。

本書可供刀具設計人員及高等院校相關專業(yè)院校師生參考。

目錄

第1章陶瓷刀具材料概述1

1.1切削刀具材料1

1.2陶瓷刀具材料的發(fā)展及研究現狀4

1.2.1陶瓷刀具材料的發(fā)展4

1.2.2陶瓷刀具材料的分類6

1.2.3陶瓷刀具材料強韌化機理8

1.2.4氧化鋁陶瓷刀具研究現狀13

1.2.5界面調控及其在復合材料中的應用14

1.2.6石墨烯-陶瓷復合材料研究現狀16

1.3陶瓷刀具材料設計與研究方法19

1.3.1陶瓷材料設計方法19

1.3.2多尺度方法概述22

1.3.3基于計算幾何的仿真技術26

第2章陶瓷刀具材料界面性質30

2.1材料計算概述31

2.2建模理論32

2.2.1CASTEP介紹32

2.2.2CASTEP的使用34

2.2.3密度泛函理論35

2.2.4基于密度泛函理論的計算方法38

2.3界面結構與材料性能的關系40

2.4晶體體性質的計算42

2.4.1能帶理論42

2.4.2α-氧化鋁的體性質44

2.4.3碳化鈦的體性質49

2.4.4石墨烯的性質52

2.5晶面性質的計算54

2.5.1α-氧化鋁表面性質的計算55

2.5.2碳化鈦表面性質的計算57

2.6界面性質的計算59

2.6.1氧化鋁和碳化鈦界面61

2.6.2石墨烯與其他晶面的界面62

2.7界面結合強度計算63

第3章基于微觀結構有限元分析模型的陶瓷刀具材料性能預報68

3.1模擬方法概述69

3.2材料微觀結構有限元分析模型70

3.2.1代表性體積單元70

3.2.2微觀結構幾何模型72

3.2.3晶粒位向及材料各向異性76

3.2.4損傷和斷裂準則78

3.3微觀結構有限元模型仿真參數確定82

3.3.1內聚力單元剛度82

3.3.2晶粒形狀86

3.3.3模型可靠性驗證88

3.3.4含石墨烯的陶瓷刀具材料有限元分析模型88

3.4基于微觀結構有限元模型的性能預報模型 91

3.4.1基于數值的均勻化方法簡介91

3.4.2性能預報模型中宏、微觀參數的關聯92

3.4.3斷裂韌性的預測模型及影響因素97

3.4.4抗彎強度的預測模型及影響因素106

第4章石墨烯強韌化復相陶瓷刀具材料制備及力學性能118

4.1刀具材料制備118

4.1.1原材料概述118

4.1.2材料相容性判定119

4.1.3石墨烯的分散121

4.1.4刀具材料的制備流程122

4.1.5材料的力學性能和微觀結構測試方法124

4.2所制備材料的力學性能126

4.3復合陶瓷刀具材料微觀結構分析127

4.3.1粉料微觀形貌及燒結前后材料的成分對比127

4.3.2試樣表面壓痕裂紋分析130

4.3.3斷口微觀形貌分析132

4.3.4界面結構觀察135

4.4石墨烯的作用機理分析138

4.4.1界面差分電子密度計算138

4.4.2強弱界面協同強韌化139

4.4.3石墨烯其他強韌化機理140

4.5石墨烯強韌化陶瓷刀具材料的各向異性141

第5章石墨烯強韌化復相陶瓷刀具切削性能147

5.1試驗條件147

5.2切削過程與切屑形態(tài)150

5.3切削力與切削溫度152

5.4石墨烯含量對陶瓷刀具損傷特征的影響156

5.5刀具壽命與刀具失效演變161

5.6刀具失效特征與失效機理167

參考文獻173