自潤滑復合疊層陶瓷拉拔模具成形及摩擦磨損性能研究.pdf

1、拉拔加工過程中，模具與被加工線材接觸區(qū)域處于高溫高壓、滑動摩擦狀態(tài)，劇烈的摩擦磨損會導致模具失效，引起線材表面質量和機械性能的下降。因此提高拉拔模具減摩抗磨性能，延長模具使用壽命對拉拔加工行業(yè)具有重要意義。在耐磨性研究方面，模具的耐磨性與材料硬度、韌性及潤滑狀況密切相關。本論文將仿生摩擦學、表面工程學等基礎理論與拉拔模具實際受力情況相結合，提出通過疊層結構設計辦法來改善拉拔模具耐磨性和斷裂韌性，成功制備出自潤滑復合疊層陶瓷拉拔模具，并對

2、其物理機械性能、摩擦磨損性能、疊層結構優(yōu)化以及拉拔性能進行了分析研究。
　　將Al2O3-TiC-CaF2陶瓷材料和Al2O3-TiC陶瓷材料進行分層疊加，通過真空熱壓燒結方法制備出Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2自潤滑復合疊層陶瓷材料，并對其進行物理機械性能和顯微結構進行分析。結果表明:自潤滑復合疊層陶瓷材料具有較高的相對密度，結構致密;維氏硬度為20±0.3 GPa，斷裂韌性為5.0±0.3 MPa·m1/2，

3、在平行于疊層方向和垂直于疊層方向上的抗彎強度分別為342±3MPa和355±3MPa，材料整體性較好，力學性能均勻，克服了弱疊層陶瓷材料各向異性的缺點;層間斷面處存在裂紋偏轉，各單層材料斷裂時以穿晶斷裂為主。
　　干摩擦條件下對自潤滑復合疊層陶瓷材料進行摩擦磨損實驗，研究分析其自潤滑特性、摩擦因數(shù)和磨損率的變化情況以及磨損機制等。結果表明:由于摩擦副相對滑動產生的“拖覆”作用，使得Al2O3-TiC-CaF2材料層的固體潤滑劑Ca

4、F2被拖覆到Al2O3-TiC材料層表面，Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2陶瓷材料整體表現(xiàn)出自潤滑特性;材料摩擦因數(shù)和磨損率較低且均隨著實驗載荷和轉速的升高呈現(xiàn)下降趨勢，減摩抗磨性能好;磨損機制主要是磨粒磨損和粘著磨損。
　　通過顯微壓痕強度實驗和有限元方法對不同疊層結構的自潤滑復合疊層陶瓷拉拔模具進行硬度、斷裂韌性的測量和殘余應力的分析。結果表明:疊層數(shù)目為5，層厚比為1∶1時，疊層陶瓷試樣具有較高的硬度和斷裂韌

5、性和較好的層間殘余應力分布情況，自潤滑復合疊層陶瓷拉拔模具的機械性能最好，其硬度和斷裂韌性分別為18.3±0.3 GPa和5.75±0.2 MPa·m1/2。
　　通過有限元方法和干摩擦條件下自潤滑復合疊層陶瓷拉拔模具的拉拔實驗，對拉拔加工過程中模具受力和拉拔力變化情況進行分析。結果發(fā)現(xiàn):有限元模擬過程中所得拉拔力數(shù)值與理論公式計算所得的拉拔力數(shù)值相差不大，實際測量拉拔力數(shù)值小于模擬結果和計算結果;拉拔加工過程中，拉拔力隨著拉拔速