摘要：目的研究氮化硅刀具切削GH4169的粘结扩散的磨损机理，以及粘结扩散过程对于刀具的摩擦系数、硬度和冲击韧性的影响，为氮化硅刀具的应用提供参考。方法基于lammps软件建立氮化硅刀具与镍基高温合金的切削模型，模拟切削过程分析粘结和扩散情况。通过计算晶界和晶格处的空位形成能、空位迁移能及扩散激活能，得出扩散系数，在此基础上拟合出生长因子确定控制粘结物生长速率的因素。根据刀具径向分布函数判断刀具是否由于粘结磨损而产生新化合物，进而研究其对刀具性能的影响。结果Ni、Fe、Cr三种原子晶界处的扩散激活能分别为：5.29eV、2.15eV、0.7eV，晶格处的扩散激活能分别为5.58eV、3.42eV、1.14eV，且扩散难易程度为Ni>Fe>Cr，扩散系数大小为：Cr>Fe>Ni。1200K时三种原子的生长因子为：CCr=0.3、CNi=0.2、CFe=0.28。在刀具径向分布函数中键长r=1.73?处的峰值逐渐降低，同时，键长r=2.358?和键长r=2.475?峰值增加。新生成的镍硅化合物可承受的压应力为6.541GPa，Si3N4可承受的压应力为18～21GPa。扩散前、后两模型的冲击韧性分别为16.91eV/?和18.78eV/?。结论在发生扩散时，Ni、Fe、Cr原子易在晶界处发生扩散。在粘结物的生长过程中，Ni与Fe的生长速率是由反应速率控制的，而Cr的生长速率主要是由扩散速率控制，且在粘结过程中生成新的镍硅化合物和硅铁化合物。粘结、扩散磨损导致刀具的摩擦系数增大，刀具的硬度降低，但冲击韧性提高了约10%。
文章目录
0 引言
1 模型建立
1.1 切削模型
1.2 势函数的选取
1.2.1 EAM势函数
1.2.2 Tersoff势函数
1.2.3 Morse势函数
2 结果与讨论
2.1粘结磨损
2.1.1 粘结磨损实验及模拟分析
2.2 扩散分析
2.2.1 扩散现象分析
2.2.2 扩散机理研究
2.2.3 摩擦系数分析
2.2.4 刀具径向分布函数
2.3 粘结、扩散磨损对刀具性能的影响
2.3.1 粘结扩散对刀具的硬度影响
2.3.2 粘结扩散对刀具冲击韧性的影响
3 结论
