新型TiB2基陶瓷刀具材料

前言

第1章绪论1

1.1TiB2陶瓷的性能和特点1

1.2TiB2基陶瓷材料的性能、特点及应用2

1.3新型TiB2基陶瓷刀具材料的研究现状9

1.3.1陶瓷刀具材料的研发现状9

1.3.2TiB2基陶瓷刀具材料的研究目的及内容14

第2章新型TiB2基陶瓷刀具材料的设计15

2.1TiB2基陶瓷刀具材料的设计原则15

2.1.1金属相的选择原则15

2.1.2增强相的选择原则17

2.1.3添加相与基体相间的化学相容性19

2.2新型TiB2基陶瓷刀具材料的设计方案20

2.3小结22

第3章新型TiB2基陶瓷刀具材料的制备23

3.1TiB2基陶瓷材料的制备工艺23

3.1.1TiB2基陶瓷材料混合粉末的制备技术23

3.1.2TiB2基陶瓷材料的烧制技术24

3.2新型TiB2基陶瓷刀具材料制备工艺的制订25

3.3小结29

第4章新型TiB2基陶瓷刀具材料的测试技术30

4.1TiB2基陶瓷刀具材料试样条的精密制造技术30

4.2TiB2基陶瓷刀具材料力学性能的测试技术31

4.3TiB2基陶瓷刀具材料微观组织的测试技术33

4.4TiB2基陶瓷刀具材料摩擦磨损性能的测试技术33

4.5小结34

第5章新型TiB2基陶瓷刀具材料制备工艺的优化35

5.1增强相对TiB2基陶瓷刀具材料的影响35

5.1.1HfN含量对TiB2基陶瓷刀具材料的影响35

5.1.2HfC含量对TiB2基陶瓷刀具材料的影响40

5.1.3HfB2含量对TiB2基陶瓷刀具材料的影响45

5.2金属相对TiB2基陶瓷刀具材料的影响50

5.2.1金属相对TiB2-HfN陶瓷刀具材料的影响50

5.2.2金属相对TiB2-HfC陶瓷刀具材料的影响56

5.2.3金属相对TiB2-HfB2陶瓷刀具材料的影响61

5.3烧结温度对TiB2基陶瓷刀具材料的影响66

5.3.1烧结温度对TiB2-HfN陶瓷刀具材料的影响66

5.3.2烧结温度对TiB2-HfC陶瓷刀具材料的影响68

5.3.3烧结温度对TiB2-HfB2陶瓷刀具材料的影响71

5.4保温时间对TiB2基陶瓷刀具材料的影响74

5.4.1保温时间对TiB2-HfN陶瓷刀具材料的影响74

5.4.2保温时间对TiB2-HfC陶瓷刀具材料的影响77

5.4.3保温时间对TiB2-HfB2陶瓷刀具材料的影响79

5.5小结82

第6章新型TiB2基陶瓷刀具材料的摩擦磨损性能84

6.1新型TiB2基陶瓷刀具材料与硬质合金的摩擦磨损性能84

6.1.1TiB2-HfN陶瓷刀具材料与硬质合金的摩擦磨损性能84

6.1.2TiB2-HfC陶瓷刀具材料与硬质合金的摩擦磨损性能89

6.1.3TiB2-HfB2陶瓷刀具材料与硬质合金的摩擦磨损性能93

6.1.4新型TiB2基陶瓷刀具材料与硬质合金的磨损机理96

6.2新型TiB2基陶瓷刀具材料与不锈钢的摩擦磨损性能99

6.2.1TiB2-HfN陶瓷刀具材料与不锈钢的摩擦磨损性能99

6.2.2TiB2-HfC陶瓷刀具材料与不锈钢的摩擦磨损性能104

6.2.3TiB2-HfB2陶瓷刀具材料与不锈钢的摩擦磨损性能107

6.2.4新型TiB2基陶瓷刀具材料与不锈钢的磨损机理111

6.3TiB2基陶瓷刀具材料与钛合金的摩擦磨损性能112

6.3.1TiB2-HfN陶瓷刀具材料与钛合金的摩擦磨损性能112

6.3.2TiB2-HfC陶瓷刀具材料与钛合金的摩擦磨损性能116

6.3.3TiB2-HfB2陶瓷刀具材料与钛合金的摩擦磨损性能119

6.3.4新型TiB2基陶瓷刀具材料与钛合金的磨损机理122

6.4新型TiB2基陶瓷刀具材料与难加工材料的摩擦磨损性能对比123

6.5小结126

参考文献128

本书系统地介绍了新型TiB2基陶瓷刀具材料的设计、制备、性能测试方法及摩擦磨损性能。其主要内容包括：新型TiB2基陶瓷刀具材料的设计、新型TiB2基陶瓷刀具材料的制备、新型TiB2基陶瓷刀具材料的测试技术，以及新型TiB2-HfN、TiB2-HfC、TiB2-HfB2陶瓷刀具材料制备工艺的优化过程及其与硬质合金、不锈钢、钛合金对磨时的摩擦磨损性能。本书为新型陶瓷刀具材料的设计与制备提供了方法指导，并为提高陶瓷刀具材料的耐磨性提供了依据，具有较高的实用参考价值。

研究了梯度功能陶瓷刀具材料的设计理论及制造工艺、物理力学性能、显微结构、抗热震性及切削性能。其主要创造性成果有：首次提出了对称型双向分布的梯度功能陶瓷刀具材料组成分布设计模型，研制成功两种性能优良的陶瓷刀具材料，经检索为国际首创。可加工各种钢和铸铁，刀具寿命比普通陶瓷刀具提高30-100%，而成本只提高15%，有广阔的应用前景；提出了梯度功能陶瓷刀具材料的多目标优化设计方法并建立梯度功能材料的组成分布与材料的各物理力学性能之间的数学模型；建立了梯度功能陶瓷刀具材料的抗热震性和抗破损理论模型，并进行了实验验证。取得的创造性成果具有重大理论和实际价值，开拓了材料设计的新领域，推动了陶瓷刀具材料的发展。

• 版次：1

• 商品编码：12795455

• 品牌：化学工业出版社

• 包装：平装

• 开本：32开

• 用纸：胶版纸

• 页数：190

• 正文语种：中文

内容简介

《石墨烯强韧化复相陶瓷刀具材料及性能研究》详细地分析了石墨烯强韧化氧化铝基陶瓷刀具材料的设计及性能：通过在氧化铝基陶瓷刀具材料中加入石墨烯来调节界面结构，借助计算力学技术和有限元分析技术，分析了陶瓷复合材料微观结构与宏观力学性能之间的关系，设计并构筑了石墨烯强韧化氧化铝-碳化钛复相陶瓷材料界面，引入多种强韧化机制，以显著提高陶瓷刀具材料的切削性能。这对提高淬硬钢等难加工材料的加工效率具有重要的实际意义，也对后续石墨烯的分散方式以及石墨烯的改性方式的研究提供理论依据。

本书可供刀具设计人员及高等院校相关专业院校师生参考。

目录

第1章陶瓷刀具材料概述1

1.1切削刀具材料1

1.2陶瓷刀具材料的发展及研究现状4

1.2.1陶瓷刀具材料的发展4

1.2.2陶瓷刀具材料的分类6

1.2.3陶瓷刀具材料强韧化机理8

1.2.4氧化铝陶瓷刀具研究现状13

1.2.5界面调控及其在复合材料中的应用14

1.2.6石墨烯-陶瓷复合材料研究现状16

1.3陶瓷刀具材料设计与研究方法19

1.3.1陶瓷材料设计方法19

1.3.2多尺度方法概述22

1.3.3基于计算几何的仿真技术26

第2章陶瓷刀具材料界面性质30

2.1材料计算概述31

2.2建模理论32

2.2.1CASTEP介绍32

2.2.2CASTEP的使用34

2.2.3密度泛函理论35

2.2.4基于密度泛函理论的计算方法38

2.3界面结构与材料性能的关系40

2.4晶体体性质的计算42

2.4.1能带理论42

2.4.2α-氧化铝的体性质44

2.4.3碳化钛的体性质49

2.4.4石墨烯的性质52

2.5晶面性质的计算54

2.5.1α-氧化铝表面性质的计算55

2.5.2碳化钛表面性质的计算57

2.6界面性质的计算59

2.6.1氧化铝和碳化钛界面61

2.6.2石墨烯与其他晶面的界面62

2.7界面结合强度计算63

第3章基于微观结构有限元分析模型的陶瓷刀具材料性能预报68

3.1模拟方法概述69

3.2材料微观结构有限元分析模型70

3.2.1代表性体积单元70

3.2.2微观结构几何模型72

3.2.3晶粒位向及材料各向异性76

3.2.4损伤和断裂准则78

3.3微观结构有限元模型仿真参数确定82

3.3.1内聚力单元刚度82

3.3.2晶粒形状86

3.3.3模型可靠性验证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基于微观结构有限元模型的性能预报模型 91

3.4.1基于数值的均匀化方法简介91

3.4.2性能预报模型中宏、微观参数的关联92

3.4.3断裂韧性的预测模型及影响因素97

3.4.4抗弯强度的预测模型及影响因素106

第4章石墨烯强韧化复相陶瓷刀具材料制备及力学性能118

4.1刀具材料制备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刀具材料的制备流程122

4.1.5材料的力学性能和微观结构测试方法124

4.2所制备材料的力学性能126

4.3复合陶瓷刀具材料微观结构分析127

4.3.1粉料微观形貌及烧结前后材料的成分对比127

4.3.2试样表面压痕裂纹分析130

4.3.3断口微观形貌分析132

4.3.4界面结构观察135

4.4石墨烯的作用机理分析138

4.4.1界面差分电子密度计算138

4.4.2强弱界面协同强韧化139

4.4.3石墨烯其他强韧化机理140

4.5石墨烯强韧化陶瓷刀具材料的各向异性141

第5章石墨烯强韧化复相陶瓷刀具切削性能147

5.1试验条件147

5.2切削过程与切屑形态150

5.3切削力与切削温度152

5.4石墨烯含量对陶瓷刀具损伤特征的影响156

5.5刀具寿命与刀具失效演变161

5.6刀具失效特征与失效机理167

参考文献173