用于高速切削难加工材料的微叠层复合刀具研究

针对用于高速切削难加工材料的超硬刀具强度和韧度低、涂层刀具涂层薄、易剥落、重磨难的缺点，以研制出能高效加工高温合金系列难加工材料的刀具为目标，在刀具设计理论、制备技术、切削可靠性等方面进行研究，使物理化学性质相近的纳米硬质相和微米韧化相能交替叠加复合，而制备高综合力学性能的微叠层复合刀具。利用表层硬质相提高刀具的抗剥落能力和耐磨性；利用心层韧化相提高刀具整体的强度和韧度，实现刀具力学性能的梯度变化。研究刀具的微/纳相与微米厚度层之间相互匹配的多尺度结构及其有效的组分体系。研究刀具的成型和烧结制备技术，提出针对刀具制备中产生的损伤的控制策略。研究刀具的多层次增韧补强模式。研究高速切削高温合金时刀具层间/层内的微结构和微缺陷群的交互作用和跨尺度损伤演化规律，构建刀具的相粒度/层厚度匹配的多尺度结构与刀具切削可靠性的数学模型。本研究对提升我国高速切削刀具技术的基础和应用研究有重要理论和实际价值。

针对用于高速切削难加工材料的超硬刀具强度和韧度低、涂层刀具涂层薄、易剥落、重磨难的缺点，以研制出能高效加工高温合金系列难加工材料的刀具为目标，在刀具设计理论、制备技术、切削可靠性等方面进行研究，使物理化学性质相近的纳米硬质相和微米韧化相能交替叠加复合，而制备高综合力学性能的微叠层复合刀具。研究取得如下结论：. 1）交叉研究了Al2O3、TiN、TiC、(W,Ti)C、TiC5N5、TiB2、nano-Ni、nano-Mo和超细碳化物的物理化学相容性和最佳烧结工艺差异，提出微叠层复合刀具多层交叠周期性对称结构（Al2O3、TiN、TiC、(W,Ti)C组合）和非交叠结构（TiC5N5和TiB2组合）的有效 组分体系设计方法，提出了两大类微叠层复合刀具坯体及烧结体的组合制备方法。. 2）通过添加纳米相和超细相，提高了复合粉体烧结活性和相容性，建立了微叠层复合刀具的相粒度/层厚度匹配的多尺度结构的烧结致密化模型，找到了各层间最佳烧结工艺参数；研究了微厚度韧化层对刀具力学性能的影响，阐明了微叠层刀具的力学性能梯度变化和多层次增韧补强模式的机理。.3）研究发现层组分的匹配不相容以及过多层数是刀具制备中损伤的主要来源，而将微层的层厚控制在100~200um可有效扼制损伤。制备了三种微叠层复合刀具，研究分析了刀具的相粒度/层厚度匹配的多尺度结构与刀具切削行为及寿命的关系。. 通过本项目的实施，共发表学术论文14篇（其中SCI收录论文10篇，EI收录论文11篇），获得授权国家发明专利1项，申请国家发明专利1相，培养博士生1名，硕士生1名，本研究对提升我国高速切削刀具技术的基础和应用研究有重要理论和实际价值。