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石英玻璃的单颗磨粒划擦应力场解析模型及损伤可控磨削机理研究

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机械工程学报 2018年第21期54卷 191-204页

作者：姚鹏王伟黄传真朱洪涛山东大学机械工程学院山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室中国石油大学(华东)机电工程学院

构建了单颗磨粒划擦各向同性硬脆材料的弹性应力场解析模型,并以此为基础提出单颗磨粒划擦各向同性硬脆材料表面的裂纹失稳扩展临界函数,临界函数包含原始表面应变速率、磨削液等因素对裂纹扩展造成的影响。将石英玻璃作为研究对象,深... 详细信息

构建了单颗磨粒划擦各向同性硬脆材料的弹性应力场解析模型,并以此为基础提出单颗磨粒划擦各向同性硬脆材料表面的裂纹失稳扩展临界函数,临界函数包含原始表面应变速率、磨削液等因素对裂纹扩展造成的影响。将石英玻璃作为研究对象,深入分析了表面微裂纹损伤的可控磨削机理。在进行石英玻璃的磨削试验中,材料的磨削机理随单颗磨粒磨削深度的增加而变化,依次是塑性域去除、低载半脆性域去除、全脆性域去除和高载半脆性域去除。在1 mm/min的工件进给速度下,可以对石英玻璃进行塑性域磨削,从而获得无裂纹损伤的光滑磨削表面,然而其磨削效率较低,在实际生产中不能发挥理想的作用。对石英玻璃开展全脆性域磨削时,材料去除率较高、加工表面表面质量好、微裂纹损伤深度较小,砂轮自锐性良好,是一种优良的精密磨削工艺。

关键词：石英玻璃各向同性硬脆材料应力场解析模型脆塑转变精密磨削

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光学玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究

中国机械工程 2001年第4期12卷 460-463,484页

作者：陈明君张飞虎董申李旦哈尔滨工业大学哈尔滨市150001 哈尔滨工业大学机电学院哈尔滨工业大学精密工程研究所

利用超精密磨床磨削加工 6种典型的光学玻璃 ,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值。然后对脆性材料作了大量磨削实验 ,实验结果表明 ,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式、断裂与塑性模式、塑性模式 ,这些模式主要由砂轮磨粒的... 详细信息

利用超精密磨床磨削加工 6种典型的光学玻璃 ,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值。然后对脆性材料作了大量磨削实验 ,实验结果表明 ,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式、断裂与塑性模式、塑性模式 ,这些模式主要由砂轮磨粒的切削深度进行控制 ,该磨削表面粗糙度与磨粒尺寸的大小、砂轮的进给量及玻璃的材料有关。当光学玻璃在塑性模式磨削时 ,其表面层不会产生任何裂纹缺陷。利用超精密磨床进行磨削加工 ,获得的表面粗糙度 Ra低于

关键词：金刚石砂轮脆塑转变超精密磨削加工光学玻璃

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硫系玻璃力学特性的纳米压痕与划痕实验研究

激光与光电子学进展 2023年第21期60卷 243-249页

作者：刘治张宇陈春梅谢康陈龙周慎敏昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

硫系玻璃是热成像系统元件的重要材料,虽然适合成型,但这些脆性材料的加工特性在很大程度上是未知的。因此为了解硫系玻璃的微观变形机理,采用纳米压痕仪对硫系玻璃进行压痕实验、变载划痕实验和恒载划痕实验。纳米压痕实验中获得的数... 详细信息

硫系玻璃是热成像系统元件的重要材料,虽然适合成型,但这些脆性材料的加工特性在很大程度上是未知的。因此为了解硫系玻璃的微观变形机理,采用纳米压痕仪对硫系玻璃进行压痕实验、变载划痕实验和恒载划痕实验。纳米压痕实验中获得的数据表明,硫系玻璃在压痕的过程中出现了不连续阶梯状(pop-in)现象,从而表明材料发生了弹塑性转变,并得出材料的弹性模量和硬度;通过对压痕后的形貌进行观察,发现有边缘存在材料堆积现象,这将使通过OliverPharr方法计算得出的弹性模量和硬度偏大,因此需要使用半椭圆模型进行校正。通过变载划痕实验得出划痕深度-长度曲线图,分析了硫系玻璃在每种阶段的去除方式,得出了脆塑转变的临界载荷为92.3 mN;通过对恒载划痕实验数据进行分析,得出脆塑转变的临界载荷为50~120 mN,证实了变载划痕实验所得临界载荷的准确性。

关键词：材料硫系玻璃纳米压痕脆塑转变变载划痕实验恒载划痕实验

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脆性材料超精密磨削时脆转变临界条件的研究

高技术通讯 2000年第2期10卷 64-67页

作者：陈明君董申李旦张飞虎哈尔滨工业大学精密加工研究所哈尔滨150001

以脆性材料的压痕实验为基础,从理论上分析了脆性材料磨削时脆塑转变的临界条件,并利用超精密磨床进行脆性材料的磨削实验。实验结果表明,只有当脆性材料的磨削深度小于其临界磨深时,才能实现脆性材料的塑性域磨削,以获得超光滑的加工... 详细信息

以脆性材料的压痕实验为基础,从理论上分析了脆性材料磨削时脆塑转变的临界条件,并利用超精密磨床进行脆性材料的磨削实验。实验结果表明,只有当脆性材料的磨削深度小于其临界磨深时,才能实现脆性材料的塑性域磨削,以获得超光滑的加工表面。

关键词：脆性材料超精密磨削脆塑转变非金属材料

基于纳米压痕与纳米划痕实验的单晶硅超精密切削特性研究

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人工晶体学报 2023年第9期52卷 1651-1659页

作者：崔杰杨晓京李云龙张高赞李宗睿昆明理工大学机电工程学院昆明650500

为研究单晶硅超精密切削特性,采用纳米压痕仪配合Berkovich金刚石压头对单晶硅晶面进行纳米压痕与纳米划痕实验。纳米压痕实验分别以10、30和50 mN载荷将压头压入单晶硅表面,发现30 mN载荷下载荷-位移曲线产生微小波动,而在50 mN载荷下... 详细信息

为研究单晶硅超精密切削特性,采用纳米压痕仪配合Berkovich金刚石压头对单晶硅晶面进行纳米压痕与纳米划痕实验。纳米压痕实验分别以10、30和50 mN载荷将压头压入单晶硅表面,发现30 mN载荷下载荷-位移曲线产生微小波动,而在50 mN载荷下发生“pop-out”现象,说明材料此时有突然的应力变化并有脆性破坏发生,预测了单晶硅脆塑转变的临界载荷略小于30 mN。开展变载荷纳米划痕实验,用0~100 mN的载荷刻划单晶硅表面,根据载荷-位移曲线观察到单晶硅在变载荷刻划中分为弹塑性去除和脆性去除阶段。弹塑性去除阶段,载荷-位移曲线波动平稳,而脆性去除阶段曲线波动较大,得到单晶硅脆塑转变的临界载荷为27 mN,临界深度为392 nm。通过恒载荷纳米划痕实验,在塑性加工域内分别以5、10和20 mN的恒载荷刻划单晶硅表面,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察恒载荷划痕后的单晶硅表面形貌,分析刻划数据发现切削力和弹性回复率随着载荷的增加而增大,摩擦系数则先增大后减小。因此单晶硅超精密切削加工应选择合理的载荷,并充分考虑弹性回复的影响。

关键词：单晶硅超精密切削纳米压痕纳米划痕脆塑转变切削力弹性回复率摩擦系数

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镁铝尖晶石高温环境加工性能研究

航空制造技术 2022年第5期65卷 87-92页

作者：计天宇赵清亮郭兵石卓奇邹文鹏哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

镁铝尖晶石是一种硬脆透明陶瓷材料,为解决其难加工问题,超精密激光辅助车削加工技术被应用于精密加工中。因此,采用高温维氏压痕试验以及高温刻划试验,对镁铝尖晶石高温环境下加工性能的研究具有重要意义。当加工环境温度从23℃上升至... 详细信息

镁铝尖晶石是一种硬脆透明陶瓷材料,为解决其难加工问题,超精密激光辅助车削加工技术被应用于精密加工中。因此,采用高温维氏压痕试验以及高温刻划试验,对镁铝尖晶石高温环境下加工性能的研究具有重要意义。当加工环境温度从23℃上升至283℃时,维氏显微硬度值从15.85GPa降低至7.66GPa,脆塑转变临界深度平均值从0.51μm增加至0.80μm。探究了高温环境下材料脆性域及塑性域的材料去除方式。通过对划痕表面形貌的观测,确定其亚表层裂纹深度随温度上升而减小,为超精密激光辅助车削加工技术提供了一定的技术基础。

关键词：尖晶石高温维氏硬度脆塑转变破坏机制

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单晶氮化镓纳米压痕与划痕实验

材料科学与工程学报 2021年第6期39卷 1028-1034页

作者：张先源长沙理工大学汽车与机械工程学院湖南长沙410114

为分析单晶氮化镓的微观变形机理,使用纳米压痕仪对单晶氮化镓进行压痕与划痕实验。结果表明单晶氮化镓压痕过程存在弹塑转变过程即“pop-in”现象,分析得出此现象是由材料的位错萌生和扩展导致,压痕周围产生凸起现象导致计算硬度和弹... 详细信息

为分析单晶氮化镓的微观变形机理,使用纳米压痕仪对单晶氮化镓进行压痕与划痕实验。结果表明单晶氮化镓压痕过程存在弹塑转变过程即“pop-in”现象,分析得出此现象是由材料的位错萌生和扩展导致,压痕周围产生凸起现象导致计算硬度和弹性模量偏大,通过模型修正得到更真实的硬度和弹性模量数据。单晶氮化镓的变载划痕过程发生弹塑转变和脆塑转变,弹塑变形阶段深度-位移曲线波动平稳,表面光滑;而脆性阶段曲线波动幅度较大,表面产生侧向裂纹且朝着划痕方向45°对称分布。得到弹塑转变的临界载荷为389mN,脆塑转变临界载荷为1227mN,因此单晶氮化镓塑性加工区域应在389~1227mN之间,该区域内易加工出光滑表面。通过不同载荷划痕实验,发现划痕压头所受的切削力和摩擦系数随划痕载荷的增大而增大,因此氮化镓加工时应选择合理的加工载荷。

关键词：纳米压痕单晶氮化镓变形机理脆塑转变

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磨削加工硬脆材料的延性域研究进展

机床与液压 2021年第9期49卷 177-181页

作者：李征刘飞文振华郑州航空工业管理学院航空工程学院河南郑州450046 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

为实现硬脆材料在磨削过程中处于延性域加工,以提高材料的表面质量、增加材料的使用寿命,使材料具有优良的抗疲劳、耐磨损性能,从试验研究、理论建模、仿真分析3个方面介绍了国内外学者对硬脆材料磨削加工过程中的脆塑转变现象的研究。... 详细信息

为实现硬脆材料在磨削过程中处于延性域加工,以提高材料的表面质量、增加材料的使用寿命,使材料具有优良的抗疲劳、耐磨损性能,从试验研究、理论建模、仿真分析3个方面介绍了国内外学者对硬脆材料磨削加工过程中的脆塑转变现象的研究。分析了超声辅助振动磨削加工中脆塑转变的国内外研究现状,提出将高速、超高速与超声辅助振动磨削相结合的加工方式。研究结果表明:磨削速度对硬脆材料的最大未变形切屑厚度影响较大;引入超声辅助振动容易实现硬脆材料延性域磨削;施加不同方向的超声辅助振动对材料脆塑转变的临界切削深度影响不同。提出未来应从磨削热、预热处理、仿真分析模型、磨削加工模型4个方面对硬脆材料延性域磨削进行更深层次的研究。研究成果为实现硬脆材料延性域磨削和实际生产提供了参考。

关键词：硬脆性材料磨削加工技术脆塑转变超声辅助振动加工延性域

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光学玻璃塑性域切削试验研究

制造技术与机床 2008年第8期 9-12页

作者：周明李敏杨志勇哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨789997

对光学玻璃材料!"#进行压痕试验及超声振动变切深刻划试验。通过对!"#表面垂直加载不同的载荷,观察分析不同的载荷下材料表面的变形形式得到了材料分别发生塑性变形,脆塑转变,脆性破坏时的垂直载荷的范围和切削深度的范围。利用超声振... 详细信息

对光学玻璃材料!"#进行压痕试验及超声振动变切深刻划试验。通过对!"#表面垂直加载不同的载荷,观察分析不同的载荷下材料表面的变形形式得到了材料分别发生塑性变形,脆塑转变,脆性破坏时的垂直载荷的范围和切削深度的范围。利用超声振动系统对试件进行变切深刻划试验,得到了材料由塑性切削到脆性破坏的连续变化过程的表面形貌。实验结果表明超声振动切削有效提高了临界切削深度。

关键词：光学玻璃脆塑转变超声振动切削