硬质合金刀具扩散磨损的数值模拟及成分优化设计

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1、硬质合金刀具扩散磨损的数值模拟及成分优化设计摘要硬质合金刀具不但硬度、机械强度、弹性模量高，而且线膨胀系数小，抗腐蚀性、耐磨性、抗氧化性好，所以它是当代最广泛应用的一种刀具材料。目前硬质合金刀具几乎覆盖了所有刀具的品种，进一步取代高速钢刀具。随着材料科学与制造技术的发展，硬质合金刀具的性能得到了很大的改善，特别是近十几年来，涂层技术等的迅速发展，。技硬质合金刀具的性能有了重大的改善，应用范围日益广大。在硬质合金刀具切削难加工材料(如高温铡、不锈钢)时，由于切削力很大，在切削过程中，被切削材料产生了较大的塑性变形

2、，刀具与工件间存在着较大的摩擦，因此产生大量的切削热，由于难加工材料的导热系数低，大部分切削热集中在切削区，使得切削温度急剧升高。由于切削力大、切削温度高，这就为刀具与工件之间发生扩散磨损创造I条件。针对硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢粘刀现象严重的问题，利用热力学软件Thermo．calc中的TCC模块和DICTRA模块模拟了硬质合金刀具与被切削工件之间发生的原子扩散。主要对Fe．Co、Cr-Co、Ni．Co、Mn．Co、元素之间的相互扩散以及C在刀具表面的富集情况进行数值模拟。证实了刀具与工件之间发生的原子间相

3、互扩散是发生粘刀现象的主要原因。针对硬质合金在烧结时wc晶粒容易长大导致合金的综合性能下降的问题，通过添加晶粒抑制剂可以有效地抑制晶粒长大。找出了不同抑制剂NbC、TaC、VC、Cr3C2、TiC细化细粒的效果，并且说明了添加不同抑制剂时对硬质合金物理机械性能的影响，从硬质合金材料的角度找出提高硬质合金刀具机械性能的方法和规律。采用混合粒度的方法制备硬质合金是目前刀具材料方面新的发展方向。在实验室条件下，制各出的混合粒度硬质合金试样在物理机械性能上都明显优于单一粒度的试样，并根据晶体的致密度原理找出两种不同粒度

4、WC粉末搭配的百分配比。通过扫描电镜分析国内外著名品牌的刀具材料，发现这些刀具材料之所以性能优越，一一个很重要的原因就是采用了混合粒度的制备方法。哈尔滨理工大学工学硕士学位论文通过通用多功能数理统计和数学模型处理软件系统-DPS(DataProcessingSystem)软件，利用回归分析的方法，分析了添加抑制剂时硬质合金试样的WC含量、NbC含量、抗弯强度、硬度、密度、晶粒度等参数之间的相互影响作用，有助于合理地进行合金优化设计，在今后试验中进一步提高硬质合金的综合性能。关键词111ernlo—Calc&DI

5、CTRA；扩散磨损；晶粒抑制剂：混合粒度；统计学软件DPS哈尔滨理工大学工学硕士学位论文NUMERICALSIMULATIoNoFDIFFUSIoNFAILUREoFCEMENTEDCARBIDEANDoPITIMIZEDDESIGNoFCTTINGTooLS’CoM【PoSITIoNAbstract’Ihecementedcarbidehasadvantagesofhighhardness．resistanttoelevatedtemperature，corrosionresistantandgoodwear

6、·resistancewhichisacuttingtoolwidelyused．Nowhardalloycuttingtoolsinvolvedallkindsofcuttingtoolsandtaketheplaceofhigh-speedsteels．Withthedevelopmentofmaterialscienceandproducingtechnology,especiallythedevelopmentofcoatingtechnology,theperformanceofcuttingtool

7、shasbeingimproved．Whencementedcarbidecuttinghi出temperaturesteelsorstainlesssteels，cuttingforceishighandtheworkpiecehashighplasticdeformation．Therearehi曲frictionandcuttingheatbetweentoolsandworkpieces．Sincethethermalconductionmodulusislowandthecuttingheafconc

8、entrateincuttingarea，thecuttingtemperatureraiserapidly．Sot11ehighcuttingforceandcuttingtemperatureprovide。!¨conditionofdiflusionfailure．‘Accordmgthatthefactthatstickingofcuttingtoolsisseriouswhe