高速磨削硬脆材料亞表面損傷機制的理論與試驗研究

《高速磨削硬脆材料亞表面損傷機制的理論與試驗研究》是依託湖南大學，由方棋洪擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高速磨削硬脆材料亞表面損傷機制的理論與試驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：方棋洪
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

硬脆材料高效磨削是當今磨削加工領域的一大難題，其制約瓶頸是磨削造成材料亞表面損傷嚴重，致使後續研拋周期長、加工成本高。因此，探明硬脆材料磨削過程中亞表面損傷的微觀機制，有效控制和減少材料亞表面損傷是解決這一工業難題的關鍵科學問題之一。本項目研究高速磨削過程中磨粒與工件之間的作用規律、高速磨削條件下硬脆材料的脆塑性激變行為以及亞表面微觀缺陷形核、擴展及其互動作用；揭示熱-力耦合作用下材料的脆塑轉變機制和材料亞表層損傷演化的微觀機制；建立硬脆材料高速磨削條件下亞表面損傷層深度以及塑性域磨削臨界磨削深度的預測模型，並探討表面精度與亞表面損傷的內在關聯。為開發設計硬脆材料高速高效低損傷乃至無損傷磨削加工工藝提供科學依據，為發展高速精密磨削加工技術和裝備提供理論基礎。

結題摘要

隨著現代高科技及產業化發展，功能陶瓷、單晶矽等硬脆材料的套用日益廣泛。採用超硬磨料在高速條件下對硬脆材料進行磨削加工幾乎成為唯一的加工手段。硬脆材料高效磨削是當今磨削加工領域的一大難題，其制約瓶頸是磨削造成材料亞表面損傷嚴重，致使後續研拋周期長、加工成本高。因此，探明硬脆材料磨削過程中亞表面損傷的微觀機制，有效控制和減少材料亞表面損傷是解決這一工業難題的關鍵科學問題之一。本項目充分結合理論分析，分子動力學模擬及有限元仿真，多尺度研究並揭示了高速磨削過程中磨粒與工件之間的作用規律、高速磨削條件下硬脆材料的材料去除行為、亞表面缺陷形核和發展、材料熱分配/傳導及材料脆塑性激變現象；研究了熱-力耦合效應、變質層（亞表面含孔/夾雜/預製裂紋/元素偏聚等）等因素影響下的高速磨削行為，總結了複雜因素對磨削行為的影響規律並揭示其影響機制；研究了硬質鈦合金、高熵合金、單/雙/多晶銅及納米孿晶銅等新型材料的高速磨削行為，揭示偏析、孿生、孔/顆粒增強相等因素對亞表面損傷的影響規律和影響機制；建立了多種硬脆材料高速磨削數學模型，可用於預測材料去除率、亞表面損傷程度、磨削力、裂紋擴展、應力強度因子、加工路徑韌脆性等，並通過考慮熱-力耦合效應和變質層完成更複雜情形下的磨削行為預測。這些研究成果為開發設計硬脆材料高速高效低損傷乃至無損傷磨削加工工藝提供科學依據，為發展高速精密磨削加工技術和裝備提供理論基礎。