论文部分内容阅读
本文结合陶瓷材料的热膨胀性能和现代科学对机械材料的要求,设计并优化了低膨胀准陶瓷刀具材料的组分含量和制备工艺,研制了低膨胀准陶瓷刀具材料,并通过有限元方法进行了热膨胀系数的计算机模拟。设计了低膨胀准陶瓷刀具材料体系,确定以A1203为基体相,堇青石和Ti(C,N)为添加相,制定了刀具材料的制备工艺和烧结工艺。实验优化了低膨胀准陶瓷刀具材料氧化铝-堇青石(A-MAS)中堇青石的含量。结果表明,A-MAS70材料的力学性能、微观组织和热膨胀系数较好,其抗弯强度为563.0±92.6MPa,维氏硬度为11.34±0.61GPa,断裂韧度为4.11±0.23MPa·m1/2,平均热膨胀系数为2.80×10-6m/℃(室温～900℃)。优化了低膨胀准陶瓷刀具材料氧化铝-堇青石-Ti(C,N) (AT-MAS)中Ti(C,N)的含量,结果表明,AT-MAS60具有较好的力学性能、微观组织和热膨胀系数,其抗弯强度为598.03±64.11MPa,维氏硬度为14.61±0.80GPa,断裂韧度为4.93±0.52MPa·m1/2,平均热膨胀系数为3.42×10-6m/℃(室温～900℃)。实验优化了低膨胀准陶瓷刀具材料MAS. A-MAS和AT-MAS的烧结工艺。结果表明,低膨胀准陶瓷刀具材料MAS在升温速率为30℃/min、保温时间为40min、烧结温度为1300℃时获得最优的力学性能,其抗弯强度为495.98MPa,硬度为9.08GPa,断裂韧度为3.53MPa-m1/2,当升温速率为50℃/min时获得最低的平均热膨胀系数为1.55×10-6m/℃(室温～900℃)。低膨胀准陶瓷刀具材料A-MAS70在升温速率为30℃/min、保温时间为60min、烧结温度为1300℃时获得最优的力学性能,其抗弯强度为319.5+39.6MPa,硬度为13.97±2.92GPa,断裂韧度为4.09±0.73MPa·m1/2,在升温速率为30℃/min、保温时间为40min、烧结温度为1250℃时获得最低的平均热膨胀系数为2.80×10-6m/℃(室温～900℃)。低膨胀准陶瓷刀具材料AT-MAS60在升温速率为50℃/min、保温时间为30min、烧结温度为1400℃时获得最优的力学性能,其抗弯强度为598.03+64.11MPa,硬度为14.61±0.80GPa,断裂韧度为4.93±0.52MPa·m1/2。低膨胀准陶瓷刀具材料AT-MAS80在升温速率为50℃/min、保温时间为15min、烧结温度为1450℃时获得最低的平均热膨胀系数为3.01×10-6m/℃(室温～900℃)。采用蒙特卡洛算法建立了陶瓷刀具材料三维微观组织模拟模型,计算了材料的热膨胀系数。热膨胀系数的模拟结果和实测结果随温度的变化规律基本一致。为进一步研究低膨胀准陶瓷刀具材料的热膨胀系数奠定了基础。