磨削加工对Al₂O₃陶瓷表面质量与力学性能的影响

梁静静¹，张相召¹，赵光辉¹，刘桂武¹，邵海成¹，乔冠军^1,2

1. 江苏大学材料科学与工程学院2. 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室

摘 要：航空航天等领域的快速发展对Al₂O₃陶瓷表面加工质量的要求越来越高。目前,磨削加工由于精度高、材料去除率高而成为陶瓷表面加工最主要、最常用的方法,因此,建立磨削加工方式、陶瓷表面质量和力学性能之间的联系具有十分重要的意义。本工作利用精密研磨抛光机和磨床对Al₂O₃陶瓷进行表面加工,探讨了不同磨盘转速、磨盘/磨床砂轮目数、砂轮进刀量、磨床横向平移速度等不同磨削加工条件对陶瓷表面质量（材料表面粗糙度、表面形貌、表面残余应力）和力学性能的影响。研究结果表明:相比于磨盘加工,磨床加工对Al₂O₃陶瓷表面质量的影响较大,表现为磨床加工后的粗糙度数值较大,且磨削表面产生了较为明显的加工划痕。Al₂O₃陶瓷在磨削加工中的去除方式主要为脆性去除和延性域去除,加工后其表面残余应力均为压应力。特别地,在高的磨盘或砂轮目数、大的磨盘转速、较小的砂轮进刀量以及大的磨床平移速度情况下,Al₂O₃陶瓷以延性域去除为主,表面残余压应力最高达到-241 MPa。Al₂O₃陶瓷的力学性能是由表面粗糙度、表面微观形貌、表面残余应力共同作用的,随着陶瓷表面粗糙度的减小、残余压应力的增大,陶瓷弯曲强度提高,最高可达528 MPa。

关键词：Al₂O₃陶瓷;磨削加工;表面粗糙度;残余应力;弯曲强度;