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新型无粘结剂聚晶氮化硼材料的飞秒激光加工研究

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燕山大学学报 2020年第6期44卷 519-525页

作者：陈俊云赵灼铮赵智胜 SOLDATOV Alexander V 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学车辆与能源学院河北秦皇岛066004 吕勒奥理工大学工程科学与数学系瑞典吕勒奥SE-97187

在工业压力下合成的新型无粘结剂聚晶氮化硼材料,与普通含粘结剂聚晶立方氮化硼相比硬度更高、韧性和热稳定性更好,是铁基元器件精密和超精密切削加工的良好刀具材料。本文应用飞秒激光加工技术探索新型无粘结剂聚晶氮化硼材料的加工特... 详细信息

在工业压力下合成的新型无粘结剂聚晶氮化硼材料,与普通含粘结剂聚晶立方氮化硼相比硬度更高、韧性和热稳定性更好,是铁基元器件精密和超精密切削加工的良好刀具材料。本文应用飞秒激光加工技术探索新型无粘结剂聚晶氮化硼材料的加工特性及材料去除机理,首先通过单脉冲实验计算该材料的烧蚀阈值,对不同功率下烧蚀孔的表面形貌特征进行了分析。然后通过微槽实验研究了飞秒激光参数对微槽尺寸的影响规律,基于微槽的表面形貌分析了材料去除机理。研究结果表明飞秒激光加工技术可以实现新型无粘结剂聚晶氮化硼材料的高精度加工。

关键词：无粘结剂聚晶立方氮化硼飞秒激光去除机理烧蚀阈值

PCBN刀具硬态切削淬硬轴承钢GCr15表面粗糙度试验与预测

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中国机械工程 2007年第24期18卷 2973-2976页

作者：陈涛刘献礼哈尔滨理工大学哈尔滨150080

对典型淬硬轴承钢GCr15进行了不同切削用量和不同PCBN刀具几何参数条件下的表面粗糙度切削试验。试验分析表明,进给量和刀尖圆弧半径是影响表面粗糙度的主要因素,背吃刀量对表面粗糙度影响较小,但背吃刀量和切削速度的交互作用对粗糙度... 详细信息

对典型淬硬轴承钢GCr15进行了不同切削用量和不同PCBN刀具几何参数条件下的表面粗糙度切削试验。试验分析表明,进给量和刀尖圆弧半径是影响表面粗糙度的主要因素,背吃刀量对表面粗糙度影响较小,但背吃刀量和切削速度的交互作用对粗糙度有显著影响。运用反应曲面法(RSM)建立了硬态切削表面粗糙度预测模型,通过试验验证了预测模型的准确性。

关键词：硬态切削聚晶立方氮化硼表面粗糙度 GCr15 反应曲面法

PCBN刀具切削淬硬钢时倒棱参数对切削过程的影响

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农业机械学报 2008年第11期39卷 169-171,175页

作者：陈涛刘献礼罗国涛哈尔滨理工大学机械学院

研究了聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢GCr15时,倒棱刃口几何参数(倒棱宽度和倒棱角度)变化对切削力、切削温度和锯齿形切屑形态的影响规律。结果表明:随着倒棱宽度的增大,主切削力、径向力和切削温度逐渐增大,但倒棱宽度对切屑锯... 详细信息

研究了聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢GCr15时,倒棱刃口几何参数(倒棱宽度和倒棱角度)变化对切削力、切削温度和锯齿形切屑形态的影响规律。结果表明:随着倒棱宽度的增大,主切削力、径向力和切削温度逐渐增大,但倒棱宽度对切屑锯齿化程度影响并不明显;随着倒棱角度的增大,主切削力、径向力和切削温度随之增大,径向力增加尤为显著,倒棱角为20°时,切屑锯齿化程度最低。

关键词：聚晶立方氮化硼刀具硬态切削倒棱

压力对PCBN复合材料烧结性质的影响及烧结机理研究

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高压物理学报 2016年第5期30卷 363-368页

作者：李勇徐会文张杰金慧邓韬贾晓鹏铜仁学院物理与电子工程学院贵州铜仁554300 太原重工轨道交通设备有限公司山西太原030001 吉林大学超硬材料国家重点实验室吉林长春130012

在高温高压条件下,通过硬质合金基体的高压原位熔渗法,研究了合成压力对聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料致密度、颗粒形貌及耐磨性的影响。测试结果显示:随着合成压力的提高,PCBN复合材料的致密度和耐磨性均有一定程度的提升。利用扫描电... 详细信息

在高温高压条件下,通过硬质合金基体的高压原位熔渗法,研究了合成压力对聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料致密度、颗粒形貌及耐磨性的影响。测试结果显示:随着合成压力的提高,PCBN复合材料的致密度和耐磨性均有一定程度的提升。利用扫描电子显微镜和能谱仪对碳化钨合金基体与立方氮化硼的结合界面进行了测试分析。测试结果表明:在高温高压条件下,立方氮化硼聚晶层与碳化钨硬质合金层中的元素彼此扩散、渗透,形成金属过渡层,将二者牢固地结合在一起。

关键词：高压聚晶立方氮化硼烧结机理致密度

碳纳米管对混合粒径PcBN复合材料性能的影响

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金刚石与磨料磨具工程 2024年第2期44卷 193-198页

作者：肖长江马金明陶宏均张群飞曹剑锋李远周世杰唐昱霖陈亚超栗正新董清妍河南工业大学材料科学与工程学院郑州450001 中原内配集团鼎锐科技有限公司河南焦作454750 精工锐意科技(河南)有限公司郑州450001 郑州沃德超硬材料有限公司郑州450001 郑州海科研磨工具有限公司郑州450001

为提高高温高压制备的聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料的性能,以颗粒尺寸分别为0~0.5μm和0.5~1.0μm的混合粒径立方氮化硼(cBN)为原材料,Al-Ti-Al_(2)O_(3)为结合剂,加入不同质量分数的碳纳米管,在高温高压条件下烧结制备PcBN复合材料,... 详细信息

为提高高温高压制备的聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料的性能,以颗粒尺寸分别为0~0.5μm和0.5~1.0μm的混合粒径立方氮化硼(cBN)为原材料,Al-Ti-Al_(2)O_(3)为结合剂,加入不同质量分数的碳纳米管,在高温高压条件下烧结制备PcBN复合材料,研究碳纳米管质量分数对PcBN复合材料结构和性能的影响。结果表明:添加碳纳米管后,PcBN和碳纳米管间没有发生化学反应,碳纳米管以增强体的形式存在于复合材料内部;复合材料较致密,碳纳米管的添加使PcBN的相对密度先增大后减小。当碳纳米管添加质量分数为1.5%时,PcBN的相对密度有最大值97.9%,同时PcBN有最大的显微硬度和断裂韧性,分别为3892 HV和6.82 MPa·m^(1/2);当碳纳米管的添加质量分数为1.0%时,PcBN有最大的抗弯强度和磨耗比,分别为584 MPa和6873。碳纳米管拔出和桥连作用提高了PcBN复合材料的力学性能。

关键词：聚晶立方氮化硼混合粒径碳纳米管高温高压力学性能

Ti_(3)AlC_(2)对PcBN材料显微结构及性能的影响

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金刚石与磨料磨具工程 2024年第2期44卷 179-184页

作者：马金明肖长江陶宏均张群飞汤黎辉曹剑锋李远周世杰唐昱霖陈亚超栗正新河南工业大学材料科学与工程学院郑州450001 中原内配集团鼎锐科技有限公司河南焦作454750 精工锐意科技(河南)有限公司郑州450001 郑州沃德超硬材料有限公司郑州450001 郑州海科研磨工具有限公司郑州450001

以不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)为结合剂,在5.5 GPa、1450℃的条件下,制备整体式PcBN复合刀具材料,分析不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)对PcBN刀具材料的物相、显微结构及力学性能的影响。结果表明:Ti_(3)AlC_(2)在高温高压下会完全分解成... 详细信息

以不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)为结合剂,在5.5 GPa、1450℃的条件下,制备整体式PcBN复合刀具材料,分析不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)对PcBN刀具材料的物相、显微结构及力学性能的影响。结果表明:Ti_(3)AlC_(2)在高温高压下会完全分解成TiC、Al-Ti合金,并与cBN反应生成AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)等物相;TiC、AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)均匀分布在cBN周围并与cBN紧密黏结在一起,从而提升PcBN的力学性能。当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为25%时,PcBN的相对密度、抗弯强度、断裂韧性和磨耗比均达到最大值,分别为98.9%、592 MPa、6.87 MPa·m^(1/2)和7350;当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为20%时,PcBN的显微硬度达到最大值4786.7 HV。

关键词：聚晶立方氮化硼 Ti_(3)AlC_(2) 结合剂高温高压力学性能

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PCBN材料的组织结构与力学性能

金刚石与磨料磨具工程 2022年第6期42卷 699-704页

作者：张彬郭宏毅河南省特种设备安全检测研究院郑州450046 开封市质量技术监督检验测试中心河南开封475000

以CBN-TiN-Ti-Al_(2)O_(3)为初始原料,采用高温高压法在1 500℃不同保温时间下制备PCBN材料,探讨其在不同保温时间下的物相组成、显微结构、力学性能和切削性能。结果表明:保温时间对PCBN材料物相组成无明显影响,但有助于提高其结晶度,... 详细信息

以CBN-TiN-Ti-Al_(2)O_(3)为初始原料,采用高温高压法在1 500℃不同保温时间下制备PCBN材料,探讨其在不同保温时间下的物相组成、显微结构、力学性能和切削性能。结果表明:保温时间对PCBN材料物相组成无明显影响,但有助于提高其结晶度,实现其烧结均匀化和致密化;在保温时间为9.00 min时,能获得综合性能最佳的PCBN材料,其相对密度为99.1%,抗弯强度为910.9 MPa,磨耗比为7 120,显微硬度为33.5 GPa;用此PCBN做成的刀具加工模具钢零件,最多可加工365个。

关键词：聚晶立方氮化硼高温高压力学性能切削

立方氮化硼刀具材料的激光水射流复合工艺加工方法

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天津科技大学学报 2021年第4期36卷 57-60页

作者：何同继谢皆睿王巍王石王一桦赵静楠中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司北京100018 天津科技大学机械工程学院天津300222

研究了激光水射流(LWJ)复合工艺加工聚晶立方氮化硼(PCBN)切削机理.LWJ系统集合了高功率CO2激光束和低压水射流,采用快速加热和冷却,实现了沿加工路径的断裂萌生和扩展.通过扫描电镜(SEM)和拉曼实验,确定了相变导致的断裂扩展切削机理.... 详细信息

研究了激光水射流(LWJ)复合工艺加工聚晶立方氮化硼(PCBN)切削机理.LWJ系统集合了高功率CO2激光束和低压水射流,采用快速加热和冷却,实现了沿加工路径的断裂萌生和扩展.通过扫描电镜(SEM)和拉曼实验,确定了相变导致的断裂扩展切削机理.实验结果表明:激光加工和水射流淬火导致试样表面首先产生划痕,同时部分立方氮化硼(cBN)沿切割路径相变为六方氮化硼(hBN).由于hBN比cBN占有更大的体积,这导致周围材料的拉伸应力受约束膨胀和扩展.应力驱动激光加工的沟槽沿厚度方向传播,使试样分离,完成材料的切割.相变致裂是一种有效的切削机理,该模型可作为控制加工参数以提高立方氮化硼材料的加工质量.

关键词：激光水射流(LWJ) 激光加工聚晶立方氮化硼相变

基于PcBN应用的立方氮化硼触媒法高压高温合成

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中原工学院学报 2018年第3期29卷 18-22页

作者：张旺玺崔卫民梁宝岩孙长红李启泉刘书锋孙玉周中原工学院材料与化工学院河南郑州450007 河南省金刚石工具技术国际联合实验室河南郑州450007 河南省金刚石碳素复合材料工程技术研究中心河南郑州450007 信阳市德福鹏新材料有限公司河南信阳464000 郑州博特硬质材料有限公司河南郑州450001 中原工学院建筑工程学院河南郑州450007

聚晶立方氮化硼(PcBN)具有优异的高硬度、耐热和耐磨等多种物理性能,已经成为重要的刀具材料,应用领域广阔。立方氮化硼(cBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料,利用cBN的超硬特性,可以制成聚晶立方氮化硼。以六方氮化硼(hBN)为原料,经静态... 详细信息

聚晶立方氮化硼(PcBN)具有优异的高硬度、耐热和耐磨等多种物理性能,已经成为重要的刀具材料,应用领域广阔。立方氮化硼(cBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料,利用cBN的超硬特性,可以制成聚晶立方氮化硼。以六方氮化硼(hBN)为原料,经静态触媒法超高压高温反应,可以得到PcBN特殊要求的cBN。研究了hBN预处理后的粒度和结晶度,合成cBN的二阶升压工艺中暂停时间及台阶压力,诱导剂的添加等工艺变化对cBN合成的影响。采用N2气氛热压烧结法对hBN进行预处理,明显改变了hBN的结晶度,但是其粒度变化不大。对于粒度相近的hBN,其结晶度的变化对cBN合成结果影响更显著。采用较低结晶度的hBN合成cBN时转化率较高,cBN晶体的粒度相对较小,正是合成PcBN的理想原料。合成cBN时,台阶压力高,cBN成核较多;台阶压力低,成核少;台阶压力低时,晶粒较大,晶形明显变好。随着暂停时间的延长,cBN的成核率降低,产量减少,粒度明显增大,晶形完整率提高。通过添加B、Si或Ce等晶形诱导剂,可以调整cBN晶体的颜色、晶形和杂质含量等。为了得到用于制备PcBN的高质量cBN,控制合成工艺条件为:台阶压力4.0GPa,终态压力4.6GPa,暂停时间15s,合成温度1 390℃。

关键词：立方氮化硼六方氮化硼聚晶立方氮化硼超硬材料刀具