【摘 要】
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氧化铝基陶瓷刀具材料具有硬度高、化学稳定性好、耐热性和耐磨性好等优点,因此在高速干切削加工领域具有不可比拟的优势。但是,脆性高是氧化铝基陶瓷刀具的主要短板,这也限制了其在高速切削加工领域的进一步应用。自石墨烯（Graphene）被用透明胶带法分离出来以来,其优异的热力学性能为强韧化陶瓷刀具材料提供了新的方法。另一方面,计算机模拟技术的迅猛发展,为陶瓷刀具性能预报和快速研制提供了新的技术支持。本文提
【基金项目】
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国家自然科学基金“基于界面调控的石墨烯强韧化复相陶瓷刀具研究（51775315）”；
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氧化铝基陶瓷刀具材料具有硬度高、化学稳定性好、耐热性和耐磨性好等优点,因此在高速干切削加工领域具有不可比拟的优势。但是,脆性高是氧化铝基陶瓷刀具的主要短板,这也限制了其在高速切削加工领域的进一步应用。自石墨烯（Graphene）被用透明胶带法分离出来以来,其优异的热力学性能为强韧化陶瓷刀具材料提供了新的方法。另一方面,计算机模拟技术的迅猛发展,为陶瓷刀具性能预报和快速研制提供了新的技术支持。本文提出了一种石墨烯在陶瓷刀具材料三维微观结构中的表征方法,基于Python构建了 Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构性能预报模型。在ABAQUS软件中进行了 Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料力学性能分析,研究了不同因素对Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料力学性能的影响规律,TiN和Graphene的添加很好地提高了陶瓷刀具材料的力学性能。在ABAQUS有限元仿真中,当对Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构模型进行力学性能预报时,观察到裂纹扩展模式与实验观察到而的现象基本相符,这证明了所构建的Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构模型的有效性。基于Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料微观结构预报模型结果,采用实验的方法对Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料进行制备,然后测量了 Al2O3/TiN/石墨烯陶瓷刀具材料力学性能。测试结果与有限元模拟结果基本相符,这也验证了提出的微观结构性能预报模型的有效性。通过SEM和EDS对陶瓷刀具材料断面进行了观察和元素分析。结果表明:TiN和Graphene可以均匀地分布在陶瓷基体中。分别用自制陶瓷刀具ATG和商用刀具SG4进行了干切削淬硬钢T10A的车削试验。分析了不同情况下切削用量三要素对切屑、切削力、淬硬钢T10A表面粗糙度等的作用,通过SEM观察陶瓷刀具材料的磨损形貌。结果表明:较高的切削速度可以得到较好的表面粗糙度,刀具ATG的刀具寿命在高速下优于刀具刀具SG4。研究了不同陶瓷刀具的摩擦磨损性能,对自制刀具和商用刀具进行对比发现:自制刀具和商用刀具的摩擦系数随着载荷或者摩擦速度的增加呈现下降的趋势,且自制刀具的摩擦磨损性能优于商用刀具。
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