Please wait a minute...
材料导报  2024, Vol. 38 Issue (23): 23070211-9    https://doi.org/10.11896/cldb.23070211
  金属与金属基复合材料 |
切削镍基高温合金Ni、Fe、Cr原子在WC-Co硬质合金刀具中的扩散机制及对刀具性能的影响
范依航, 李政译, 郝兆朋*
长春工业大学机电工程学院,长春 130012
Study on Diffusion Wear Mechanism of Ni, Fe and Cr Atoms in Cutting Nickel-based Superalloys in WC-Co Cemented Carbide Cutting Tools and Its Influence on Tools Properties
FAN Yihang, LI Zhengyi, HAO Zhaopeng*
School of Mechanical and Electrical Engingeering, Changchun University of Technology, Changchun 130012, China
下载:  全 文 ( PDF ) ( 13979KB ) 
输出:  BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 在切削镍基高温合金过程中,采用第一性原理计算研究了Ni、Fe、Cr原子扩散进入WC-Co硬质合金刀具后对刀具所产生的影响,分析了刀具结合能、晶格畸变、电子性质、扩散过渡态、扩散系数、力学性质的变化。研究结果表明,原子在不同间隙位置的结合能都为负值,八面体间隙所引发的晶格畸变更低。Ni、Fe、Cr原子增强了硬质合金WC-Co的金属性,但不利于原子之间的成键,使其机械稳定性降低;三种原子扩散势垒分别为0.82、0.79、1.17 eV,扩散系数的大小关系为DFeDNiDCr。实验结果与理论计算相吻合,且实验现象表明元素扩散导致刀具切削性能下降,易诱发刀具的磨粒磨损。
服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
范依航
李政译
郝兆朋
关键词:  第一性原理  WC-Co硬质合金刀具  扩散  磨损机理    
Abstract: In the process of cutting nickel-based superalloy, the influence of Ni, Fe and Cr atoms diffusing into WC-Co cemented carbide cutting tools was studied by first principles calculation. The binding energy, lattice distortion, electronic properties, diffusion transition state, diffusion coefficient and mechanical properties were analyzed. The results show that the binding energy of atoms at different interstitial positions is negative, and the lattice distortion caused by octahedral interstitial spaces is lower. Ni, Fe, Cr atoms can enhance the gold properties of tungsten carbide WC-Co, but do not conducive to bonding between atoms, so the mechanical stability of the cutting decreases; the diffusion barriers of the three kinds of atoms are 0.82, 0.79 and 1.17 eV respectively, and the relationship of diffusion coefficients is DFeDNiDCr. The experimental result shows that element diffusion leads to the deterioration of cutting performance and the abrasive wear of the tool.
Key words:  first principle    WC-Co cemented carbide cutting tool    diffusion    wear mechanism
出版日期:  2024-12-10      发布日期:  2024-12-10
ZTFLH:  TM201  
基金资助: 国家自然科学基金(52275404)
通讯作者:  * 郝兆朋,教授,博士研究生导师,长春工业大学机电工程学院院长。近年来,从事高效切削技术和难加工材料的理论研究。以第一作者或通讯作者的身份发表了50多篇SCI论文,其中许多已发表在机械工程领域的顶级期刊上。相关科研成果获IAAM青年科学家奖章(2021.09)、吉林省青年科技奖、吉林省自然科学奖二等奖、吉林省天然科学学术成果奖二等奖等。hzp1911@163.com   
作者简介:  范依航,长春工业大学机电工程学院副教授。担任切削与先进技术研究会(东北区)理事;吉林省增材制造学会会员;Materials客座编辑,发表SCI论文40余篇,JMP、JAMT、JAC、JMS和航空制造技术等10余个国内外知名期刊审稿专家。
引用本文:    
范依航, 李政译, 郝兆朋. 切削镍基高温合金Ni、Fe、Cr原子在WC-Co硬质合金刀具中的扩散机制及对刀具性能的影响[J]. 材料导报, 2024, 38(23): 23070211-9.
FAN Yihang, LI Zhengyi, HAO Zhaopeng. Study on Diffusion Wear Mechanism of Ni, Fe and Cr Atoms in Cutting Nickel-based Superalloys in WC-Co Cemented Carbide Cutting Tools and Its Influence on Tools Properties. Materials Reports, 2024, 38(23): 23070211-9.
链接本文:  
http://www.mater-rep.com/CN/10.11896/cldb.23070211  或          http://www.mater-rep.com/CN/Y2024/V38/I23/23070211
1 Huang B Y, Wei W F, Li S L, et al. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2019, 29(9), 1917 (in Chinese).
黄伯云, 韦伟峰, 李松林, 等. 中国有色金属学报, 2019, 29(9), 1917.
2 Hao Z P, Li J N, Fan Y H, et al. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2019, 19(2), 439.
3 Li M X, Yue C X, Liu X L, et al. Metals, 2023, 13(2), 240.
4 Saketi S, Bexell U, Östby J, et al. Wear, 2019, 430, 202.
5 Li S, Li Z, Chen Y, et al. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2022, 103, 105736.
6 Yang J R, Li S L, Tang M H, et al. Materials Reports, 2020, 34(18), 18109 (in Chinese).
杨俊茹, 李淑磊, 汤美红, 等. 材料导报, 2020, 34(18), 18109.
7 Qu P F, Yang W C, Yue Q Z, et al. Materials Reports, 2019, 33 (23), 3971 (in Chinese).
屈鹏飞, 杨文超, 岳全召, 等. 材料导报, 2019, 33 (23), 3971.
8 Cheng G. Study on machining mechanism and related technology of nickel base superalloy GH4169. Ph. D. Thesis, Changchun University of Technology, China, 2023 (in Chinese).
程钢. 镍基高温合金GH4169切削加工机理及相关技术研究. 博士学位论文, 长春工业大学, 2023.
9 Qiu Y. Theoretical calculation and analysis of material properties of rare earth cemented carbide tools. Master's Thesis, Changchun University of Technology, China, 2022 (in Chinese).
邱圆. 稀土硬质合金刀具材料性能理论计算与分析. 硕士学位论文, 长春工业大学, 2022.
10 Kresse G, Furthmüller J. Physical Review B, 1996, 54(16), 11169.
11 Gren M, Fransson E, Ångqvist M, et al. Physical Review Materials, 2021, 5(3), 033804.
12 Payne M C, Teter M P, Allan D C, et al. Reviews of Modern Physics, 1992, 64(4), 1045.
13 Wu J, Chong X Y, Zhou R, et al. RSC Advances, 2015, 5(100), 81943.
14 Jiang C L, Zeng W, Liu F S, et al. Chinese Journal of Physics, 2019, 60, 122.
15 Wert C, Zener C. Physical Review, 1949, 76(8), 1169.
16 Chen H, Yang L, Long J. Superlattices and Microstructures, 2015, 79, 156.
17 Liu Y, Wang J, Gao Q, et al. Journal of Central South University, 2015, 22(5), 1585.
[1] 应敬伟, 苏飞鸣, 席晓莹, 刘剑辉. 石墨烯纳米片增强水泥砂浆的抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能[J]. 材料导报, 2024, 38(9): 22090282-9.
[2] 吴迪, 林方敏, 张洪龙, 宋孟, 杨永, 殷兆良, 章小峰. 合金元素对bcc-Cu/NiAl共析出影响的第一性原理研究[J]. 材料导报, 2024, 38(9): 22070183-6.
[3] 仵金玲, 刘思雨, 张彪, 魏智磊, 史忠旗. 连接温度对W/Ni/Kovar真空扩散连接接头界面结构及结合强度的影响[J]. 材料导报, 2024, 38(4): 22090302-6.
[4] 苗瑞霞, 张德栋, 谢妙春, 王业飞, 杨小峰. 本征缺陷对δ-InSe光电性质的影响[J]. 材料导报, 2024, 38(23): 23080234-7.
[5] 蔡轩皓, 娄兴, 覃继宁, 周涵. 电致变色材料微纳结构设计及多波段调控应用研究进展[J]. 材料导报, 2024, 38(21): 23100087-7.
[6] 左彤, 唐显, 李鑫, 何虎, 牛厂磊, 隋解和, 郭逢凯. 方钴矿热电器件性能衰减影响因素研究[J]. 材料导报, 2024, 38(21): 23050211-8.
[7] 赵永生, 阎峰云, 刘雪. B掺杂对金刚石热导率的影响[J]. 材料导报, 2024, 38(20): 23080238-8.
[8] 杨绿峰, 龙凤波, 孙继玮, 陈俊武. 混凝土暴露试验的稳定时长与试验分析方法[J]. 材料导报, 2024, 38(2): 22020091-7.
[9] 顾春平, 姚程阳, 陈士龙, 王倩楠. 溶液浓度与组成成分对氯离子在裂缝中传输速率的影响[J]. 材料导报, 2024, 38(19): 22100103-7.
[10] 王勇, 孙天昊, 李永存, 孙丽丽, 贾鑫, 张旭昀. 高压下NbMoTaWV难熔高熵合金结构和力学性能的第一性原理研究[J]. 材料导报, 2024, 38(18): 22120037-6.
[11] 冯文彪, 李鑫, 张亚龙. Mg3Sb2合金中Mg空位对电子传输性能的影响[J]. 材料导报, 2024, 38(17): 22110149-7.
[12] 鲁飞, 刘树峰, 李慧, 张帅, 赵娜娜, 李飞, 尹高天. 稀土合金扩散烧结钕铁硼磁体研究进展[J]. 材料导报, 2024, 38(16): 23020178-8.
[13] 郑度奎, 李敬法, 宇波, 黄志强, 张引弟, 刘翠伟, 赵杰, 韩东旭. 非金属PE管材氢气-甲烷渗透研究进展[J]. 材料导报, 2024, 38(16): 23020018-11.
[14] 彭超, 赵勇, 张芳, 龙旭, 林金保, 常超. TixNbMoTaW系高熵合金性能的第一性原理计算[J]. 材料导报, 2024, 38(15): 23040229-8.
[15] 莫耀鸿, 刘剑辉, 刘乐平, 陈正, 蒋增贵, 史才军. 水泥-蔗渣灰-矿粉海砂砂浆的抗压强度与抗氯盐渗透性能研究[J]. 材料导报, 2024, 38(14): 23030005-10.
No Suggested Reading articles found!
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed