碳化硅陶瓷的磨削损伤特性

为探究碳化硅陶瓷的磨削损伤特性,通过单颗粒划擦实验和磨削实验,结合有限元仿真,明确碳化硅陶瓷塑脆性去除转变的临界应力值以及磨削参数对材料损伤的影响。单颗粒划擦实验表明,实验中使用的碳化硅陶瓷的断裂强度约为344 MPa。实验与仿真结果都表明:不同载荷下的材料微观结构作用不同,当接触应力小于材料晶界的临界断裂强度时,晶界结构起到黏性作用,消耗应力以抑制裂纹拓展;随着载荷进一步增加,虽未达到材料断裂极限,但材料表面依旧会存在由晶界、石墨相以及气孔等结构破坏而产生的裂纹和坑洞;当接触应力大于材料晶界的临界断裂强度时,其微观结构对裂纹增长起到促进作用,使得碳化硅陶瓷损伤区域进一步扩大。磨削实验表明:优化磨削工艺参数可获得最小的磨粒未变形磨屑厚度和磨削力,从而最小化材料表面损伤比例和亚表面损伤深度,分别为0.396%和4.768μm,相较于最差参数,其损伤值仅为各自对应值的16.01%和13.22%;材料磨削损伤进程与单颗磨粒划擦损伤进程类似,依次经历塑性去除、塑脆性去除和脆性去除3个阶段,且磨削力、磨粒未变形最大磨屑厚度变化与材料损伤变化趋势相同,即随着进给速度和磨削深度的增加而增大,随着砂轮转速的提高而减小。同时,陶瓷材料的内部结构降低了材料损伤产生阈值,是导致其容易产生加工损伤的重要原因。

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本文档关键词:损伤,陶瓷,特性,磨削,碳化硅