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基于热力学的PCD 刀具加工ZL109 铝合金的扩散磨损

摘 要：PCD 刀具高速切削时温度有时高达800～1 000 ℃，刀具材料元素的扩散有可能对PCD 刀具的磨损产生重
　　 要影响．为此，从热力学角度研究了PCD 刀具的扩散磨损规律，利用热力学理论求出了碳元素在铝中的活度，推导出了金刚石刀具中碳元素在工件材料铝中的溶解度模型，在该热力学模型基础上用Matlab 计算出不同温度下PCD 刀具加工铝合金时刀具材料元素扩散溶入工件材料中的浓度值. 结果表明，刀具材料元素在工件材料中的扩散以指数函数的形式发生，随着切削温度的升高略有降低，变化平稳. XPS 测试还表明，金刚石刀具中的碳元素与工件材料中的硅元素发生化学反应生成了硬度很高的碳化硅，对刀具的磨损产生影响．研究结果可对刀具材料的研究和设计提供参考，并可实现对刀具磨损状态的预报．
　　 关键词：热力学；PCD刀具；铝合金；扩散磨损
　　
　　 金刚石是碳的同素异构体，它是已经发现的自然界里最硬的一种材料，其显微硬度达到HV10000．人造聚晶金刚石(polycrystalline diamond，PCD)是20世纪60 年代发展起来的一种超硬刀具材料，它是以石墨为原料，加入催化剂，经高温高压烧结而成．随着制造业的快速发展，金刚石刀具因其极高的硬度和耐磨性、很高的导热性能和较低的热膨胀系数而得到广泛应用[1]．尤其在加工高硅铝合金材料时，金刚石刀具寿命可达硬质合金刀具的50～200 倍，是切削铝合金的理想的刀具材料[2]
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