納米復(fù)合陶瓷刀具材料微觀組織相場(chǎng)法模擬研究.pdf

1、陶瓷刀具以其優(yōu)異的耐熱性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性,在高速切削和切削難加工材料領(lǐng)域顯示出傳統(tǒng)刀具無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。但是陶瓷刀具材料大多是采用“試湊法”研制,研制周期長(zhǎng),成本高。通過計(jì)算機(jī)模擬的方法對(duì)納米陶瓷刀具材料微觀組織進(jìn)行研究,可以指導(dǎo)納米陶瓷刀具材料的研發(fā),縮短其研發(fā)周期。相場(chǎng)法模擬已成為國(guó)內(nèi)外研究微觀組織的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。因此本文采用相場(chǎng)法對(duì)納米復(fù)合陶瓷刀具材料微觀組織演變過程進(jìn)行模擬研究。
　　 本文在分析晶粒生長(zhǎng)理論的基礎(chǔ)上,

2、建立了陶瓷刀具材料微觀組織相場(chǎng)法模擬模型,基于微軟公司開發(fā)的VisuaI C++6.0甲臺(tái),利用C++編程語(yǔ)言和OpenGL圖形接口,自主開發(fā)了陶瓷刀具材料微觀組織相場(chǎng)法模擬軟件。該軟件實(shí)現(xiàn)了陶瓷刀具材料燒結(jié)過程中微觀組織演變過程的模擬,可輸出任意時(shí)刻的二維模擬結(jié)果和模擬數(shù)據(jù)。
　　 建立了無(wú)缺陷單相陶瓷刀具材料微觀組織相場(chǎng)法模擬模型,分析了模擬時(shí)間和燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷刀具材料晶粒生長(zhǎng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著模擬時(shí)間的增長(zhǎng),平均晶

3、粒半徑呈拋物線規(guī)律不斷增大;隨燒結(jié)溫度的升高,晶粒生長(zhǎng)速率和平均晶粒半徑增大。
　　 建立了無(wú)缺陷復(fù)相陶瓷刀具材料微觀組織相場(chǎng)法模擬模型。模擬結(jié)果表明,隨著第二相晶粒體積分?jǐn)?shù)的增大,平均晶粒面積減小,材料內(nèi)晶粒尺寸分布趨于均勻,晶粒分布趨近于理想三叉晶粒;隨著納米第二相晶粒含量的增加,對(duì)基體相的釘扎作用增強(qiáng),納米相含量高的基體相晶粒比較小,納米相起到了細(xì)化晶粒的作用。第二相晶粒半徑越小,其對(duì)基體晶粒生長(zhǎng)的阻礙作用越強(qiáng)。
　

4、　 建立了含有氣孔的單相陶瓷刀具材料微觀組織相場(chǎng)法模擬模型,模擬結(jié)果表明,氣孔對(duì)基體相晶粒長(zhǎng)大具有明顯的阻礙作用,在相同的模擬時(shí)間下,不含氣孔時(shí)陶瓷刀具材料的平均晶粒半徑大于含有氣孔時(shí)陶瓷刀具材料的平均晶粒半徑。建立了含有氣孔的復(fù)相陶瓷刀具材料微觀組織相場(chǎng)法模擬模型,模擬結(jié)果表明,由于復(fù)相陶瓷刀具材料中晶粒的生長(zhǎng)同時(shí)受到第二相晶粒和氣孔的阻礙作用,故其晶粒生長(zhǎng)速率比單相陶瓷刀具材料的晶粒生長(zhǎng)速率慢。隨著模擬時(shí)間的增加,當(dāng)材料致密度較高