2.25Cr1Mo0.25V材料由于耐高温,耐腐蚀等特点广泛应用于石油化工领域。硬质合金刀具由于硬度高,热韧性好等特点,常用于2.25Cr1Mo0.25V材料的切削加工。当刀具切削2.25Cr1Mo0.25V材料时,元素扩散促进刀-屑粘结牢固,刀具易出现粘结破损问题,利用分子动力学研究刀-工元素扩散规律进而对刀具破损进行研究具有重要的理论和现实意义。不同的刀具材料在不同温度下的元素扩散情况不同,使得刀-屑粘结程度不同。本文依托国家自然科学基金(项目代码:51575146)“重型切削中硬质合金刀具前刀面粘焊层损伤机理研究”项目。基于分子动力学方法模拟不同刀具材料与工件材料在不同温度下的元素扩散规律,研究刀-工扩散特性和结合强度,分析出现粘结破损过程及原因,以期为减少刀具粘结破损,提高切削加工寿命提供理论基础。具体研究分为以下几个方面。探究分子动力学理论及其在元素扩散方面的应用,为扩散模拟提供依据;根据菲克第二定律,求解各元素的扩散理论模型,并通过研究元素扩散机制,分析元素扩散所需条件,得出不同元素的扩散机制,为后续实验的分析计算提供理论基础。基于分子动力学理论,利用Materials Studio软件,结合刀具与工件材料制作过程及微观结构,建立三种硬质合金与2.25Cr1Mo0.25V材料模型,进行分子动力学模拟。根据切削实验确定仿真温度边界条件,得出不同刀具与工件在不同温度下的元素扩散情况,分析刀-工扩散特性,并通过扩散模拟结果计算得出元素扩散系数,分析各元素的扩散活性,得出不同刀具与工件的粘结性能。设计刀-工夹紧装置,制定刀-工扩散实验方案,利用线扫描分析方法得出扩散界面元素含量分布情况。通过扩散方程计算得出不同温度下不同刀具与工件材料中元素的扩散系数,分析扩散规律,并与仿真结果相互对比,验证了仿真模型的可靠性。通过分子动力学仿真结果,计算不同刀具在温度作用下的界面结合能,对比不同刀具的粘结性能;根据相互作用势原理阐述了刀-工结合的原因,分析刀-工界面接触距离对结合能的影响,并对比扩散前后的结合能大小,结合实验过程中刀-工接触区裂纹的研究,分析刀具发生粘结破损的过程及原因,提出了降低粘结破损的预防措施。