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TiN、TiAIN涂层刀具的切削性能对比研究

作　者: 冉春华
导　师: 聂朝胤
学　校: 西南大学
专　业: 材料学
关键词: 摩擦磨损 TiN、TiAlN涂层刀具 40Cr钢 304不锈钢 切削力 切削温度
分类号: TG711
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


传统的切削加工主要以湿式切削为主,切削过程中加入润滑物质(油脂、水或其他有机溶液),润滑物质主要起降低摩擦系数和加快冷却速度,以降低切削力和切削温度,保证切削顺利进行。切削采用的刀具主要是高速钢和硬质合金刀具,切削效率和切削质量较低,刀具的使用寿命也较低,因此制造业对切削加工刀具提出了更高的要求。涂层刀具的发明对传统切削加工技术是一次关键性的变革,从此改变了传统湿式切削加工技术,涂层刀具的出现带来了干式切削加工技术,同时也提高了切削精度,提高了切削效率。为了更好的指导刀具在切削加工领域中的应用,提高刀具的使用效率,本文主要研究内容：(1)采用304不锈钢球与TiN. TiA1N涂层进行了摩擦磨损试验,测量其摩擦系数,观察其磨损形态。(2)采用电弧离子镀技术在YT15、YG6硬质刀具上制备T(?)N、TiA1N涂层。(3)采用YT15硬质合金刀具、YT15-TiN和YT15-TiA1N涂层刀具对不同硬度的40Cr钢进行了切削试验,测量其切削力和切削温度。(4)采用YG6硬质合金刀具、YG6-TiN和YG6-T1AIN涂层刀具对304不锈钢进行了切削试验,测量其切削力。(5)分析刀具的磨损形态及磨损情况。通过以上研究表明：(1)在摩擦参数不变的情况下,随着摩擦距离的不断增加,摩擦系数先减小后增大。(2)在摩擦参数不变的情况下,随着载荷的不断增加,摩擦系数先快速增加,后来缓慢增加。(3)摩擦磨损类型主要有：粘着磨损、磨粒磨损和疲劳剥落磨损。(4)YT15硬质合金刀具的最佳切削速度为96m/min, YT15-TiN涂层刀具的最佳切削速度为114m/min。YT15硬质合金刀具经过涂覆TiN涂层后,提高了其切削速度,同时也提高了使用寿命。(5) TiA1N涂层刀具更适合在比较苛刻的条件(高温、高速及难加工材料)下进行切削加工。(6) TiA1N涂层刀具在切削过程中会发生氧化现象,生成的A1203膜具有降低切削力的作用,有效的保护基体材料被快速磨损。因此TiA1N涂层有效的提高了刀具的使用寿命。(7) YG6-TiN涂层刀具可以提高YG6硬质合金的切削速度,同时也提高了切削加工效率。(8)在切削过程中,TiA1N涂层比TiN涂层对刀具的切削效率和使用寿命提高得更加明显。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 涂层刀具研究  10-14
    1.2.1 涂层刀具的种类  10-11
    1.2.2 涂层刀具的特点  11
    1.2.3 涂层刀具的制备方法  11-12
    1.2.4 常用涂层及性能  12-13
    1.2.5 涂层刀具的应用及磨损机理  13-14
  1.3 TiN、TiAlN涂层研究现状  14-18
    1.3.1 TiN、TiAlN涂层的制备方法  16-17
    1.3.2 TiN、TiAlN涂层的应用  17-18
  1.4 本课题研究的目的和主要内容  18-19
    1.4.1 研究目的  18
    1.4.2 研究内容  18-19
第二章 试验材料、设备及试验方法  19-27
  2.1 涂层刀具的制备工艺  19-21
  2.2 涂层刀具的性能测试方法  21-25
    2.2.1 维氏硬度的测量  21-22
    2.2.2 涂层厚度测量  22-23
    2.2.3 切削力检测  23-24
    2.2.4 切削温度检测  24
    2.2.5 摩擦磨损试验机  24
    2.2.6 YT15、TiN和TiAlN涂层刀具样品  24-25
  2.3 研究方案  25-27
第三章 TiN、TiAlN涂层材料的摩擦磨损特性研究  27-39
  3.1 摩擦磨损试验方法  27
  3.2 TiN涂层材料的摩擦磨损特性研究  27-31
    3.2.1 摩擦距离对TiN涂层摩擦磨损特性的影响  27-29
    3.2.2 载荷对TiN涂层的摩擦磨损特性的影响  29-31
  3.3 TiAlN涂层材料的摩擦磨损特性研究  31-34
    3.3.1 摩擦距离对TiAlN涂层摩擦磨损特性的影响  31-32
    3.3.2 载荷对TiAlN涂层的摩擦磨损特性的影响  32-34
  3.4 磨痕扫描电镜观察及EDS分析  34-39
    3.4.1 TiN涂层磨损表面分析  34-36
    3.4.2 TiAlN涂层磨损表面及EDS分析  36-39
第四章 TiN、TiAlN涂层刀具对40Cr的切削性能研究  39-55
  4.1 40Cr热处理  39-42
    4.1.1 热处理工艺参数计算  39-42
  4.2 切削工艺参数  42
  4.3 TiN涂层刀具的切削性能  42-46
    4.3.1 YT15刀具与YT15-TiN涂层刀具切削低硬度40Cr钢  42-44
    4.3.2 YT15刀具与YT15-TiN涂层刀具切削中硬度40Cr钢  44-46
  4.4 TiAlN涂层刀具切削性能  46-51
    4.4.1 YT15刀具与YT15-TiAlN涂层刀具切削低硬度40Cr钢  46-48
    4.4.2 YT15刀具与YT15-TiAlN涂层刀具切削中硬度40Cr钢  48-50
    4.4.3 YT15刀具与YT15-TiAlN涂层刀具切削高硬度40Cr钢  50-51
  4.5 刀具表面观察与分析  51-55
第五章 TiN、TiAlN涂层刀具对304不锈钢的切削性能研究  55-63
  5.1 YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢  55-58
    5.1.1 切削速度对YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢切削力的影响  55-56
    5.1.2 进给量对YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢切削力的影响  56-57
    5.1.3 背吃刀量对YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢切削力的影响  57-58
  5.2 YG6、YG6-TiAlN刀具切削304不锈钢  58-60
    5.2.1 切削速度对YG6、YG6-TiAlN刀具切削304不锈钢切削力的影响  58-59
    5.2.2 进给量对YG6、YG6-TiAlN刀具切削304不锈钢切削力的影响  59
    5.2.3 背吃刀量对YG6、YG6-TiAlN刀具切削304不锈钢切削力的影响  59-60
  5.3 刀具表面观察与分析  60-63
第六章 结论  63-65
参考文献  65-71
致谢  71-73
硕士期间发表的论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 刀具、磨料、磨具、夹具、模具和手工具 > 刀具 > 各种材料刀具
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