WC含量对TiCN-HfN金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响

采用热压烧结技术制备了TiCN-HfN-WC金属陶瓷刀具材料, 研究了WC含量(质量分数)对金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响。结果表明: TiCN-HfN-32%WC金属陶瓷刀具材料由TiCN、(Ti, Hf, W)(C, N)、WC和MoNi组成, 材料中还含有极少量的(Ti, Mo, W)(C, N)固溶体, 材料内部形成了网状骨架结构。随着添加WC质量分数的增加, 材料中晶粒粒度降低, 添加WC可抑制材料中TiCN晶粒的生长, 起到细化TiCN晶粒的作用; 材料的相对密度、硬度和断裂韧度都具有先增大后减小的变化趋势, 材料的抗弯强度逐渐增大。当WC质量分数为32%时, 材料具有相对较好的综合力学性能, 其硬度为20.2GPa, 断裂韧度为7.1MPa·m1/2, 抗弯强度为1581.3MPa。     

Mo_2C/WC对金属陶瓷组织和性能的影响

以TiC、TiN、Mo_2C、WC、Co、Ni为原料,采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷。结合XRD物相检测、显微组织分析以及力学性能测试研究了Mo_2C/(WC+Mo_2C)对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着Mo_2C/(WC+Mo_2C)的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度逐渐增加,抗弯强度先降低后增加。当Mo_2C/(WC+Mo_2C)=0.8时,Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织细化明显,综合力学性能最佳,维氏硬度(HV)为1 411.15,抗弯强度为1 053.7 MPa。     

氮化硼含量对低压烧结制备Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响

通过低压烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了氮化硼(BN)含量对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,烧结后的金属陶瓷微观组织呈现出典型的芯环结构。随着BN含量的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的黑色芯相尺寸减小,白芯灰环结构数量增加,整体微观组织随BN的添加更加均匀。另外,随着BN含量的增加,硬质相与粘结相之间的润湿性降低,金属陶瓷的孔隙率提高;而适量的BN有利于改善Ti(C,N)基金属陶瓷的微观结构并提高最终的力学性能。当体系中BN含量为1.5%时,Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度值最大,达到了1 710 HV_(30);当BN含量为2.0%时,Ti(C,N)基金属陶瓷的韧性最大,为9.4 MPa·m~(1/2),与未添加BN的试样相比,提高了10.59%;当BN的添加量超过1.5%时,金属陶瓷的抗弯强度降低,试样断口处穿晶断裂减少,沿晶断裂增加。总体而言,当BN含量为1.5%时,Ti(C,N)基金属陶瓷试样拥有最佳的综合力学性能。     

碳纳米管对低Ni含量Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响

为了探讨碳纳米管对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响,添加不同质量分数的碳纳米管作为增强相,采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料.通过对材料的显微组织分析,抗弯、硬度等力学性能的测试,研究了碳纳米管含量对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能的影响.结果表明:添加碳纳米管后,低Ni含量的金属陶瓷材料的组织结构为典型的芯-壳结构,由黑色芯部、具有明显包覆层的组织,白色芯部、包覆层不明显的组织,粘结相组成;相同烧结温度下,添加≤1％(质量分数)的CNTs时,随碳纳米管含量增多,材料抗弯强度下降;添加Ni包覆的碳纳米管的金属陶瓷材料的性能比添加未做过表面处理的碳纳米管的材料性能好.     

亚微米级SiC颗粒对Ti(C,N)基金属陶瓷材料性能和结构的影响研究

本文采用粉末冶金工艺制备了含有不同亚微米级Si C颗粒的Ti(C,N)基金属陶瓷材料。通过密度测试仪、抗弯强度测试仪、维氏硬度测试仪、X射线衍射分析仪和扫描电镜等方法研究了亚微米级Si C颗粒对Ti(C,N)基金属陶瓷材料的组织结构和性能的影响。结果表明:亚微米级Si C颗粒对Ti(C,N)基金属陶瓷材料的力学性能和微观组织具有复杂的影响。Si C颗粒能促进粘结相和硬质相的界面形成良好的冶金结合,细化组织,并对裂纹扩展路径产生影响,有助于提高材料的断裂强度和显微硬度;但是,过量的Si C颗粒又会促使材料中出现局部疏松组织,对材料的微观结构和性能产生不利影响。     

Ti(C_(0.7)N_(0.3))对(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷组织与性能的影响

以(Ti,W,Ta)C和Ti(C_(0.7)N_(0.3))固溶体颗粒共同作为硬质相原料,采用粉末冶金工艺制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料,研究Ti(C_(0.7)N_(0.3))添加量对(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷组织与性能的影响。结果表明,(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷由黑芯–灰环结构和白芯–灰环结构的2种硬质相和粘结相构成,黑芯相为Ti(C_(0.7)N_(0.3))颗粒,白芯相为(Ti,W,Ta)C颗粒。随Ti(C_(0.7)N_(0.3))添加量增加,黑芯–灰环结构增多,环形相变薄。Ti(C_(0.7)N_(0.3))固溶体的加入对(Ti,W,Ta)C-Mo-Ni系金属陶瓷硬度的影响很小,而抗弯强度随Ti(C_(0.7)N_(0.3))增加呈先升高后降低趋势。当Ti(C_(0.7)N_(0.3))添加量(质量分数)为40%时,金属陶瓷的力学性能最优,硬度(HRA)为90.3,抗弯强度为1 748 MPa。     

微米／纳米Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料的研制

系统研究了添加纳米级Al2O3的含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和显微结构的影响。结果表明:纳米Al2O3的添加可大幅提高Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能,特别是硬度和断裂韧性明显提高,克服了Ti(C,N)基金属陶瓷硬度较低的缺点,扩大了其应用范围。通过对微观结构观察和分析,可以看出,纳米Al2O3的添加细化了基体的晶粒,主要断裂模式为穿晶断裂,晶粒的细化和断裂模式的改变是材料力学性能提高的主要原因。     

Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了不同Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和性能的影响.结果表明,当Mo含量为16%时,金属陶瓷具有较好的力学性能,其抗弯强度达1930MPa,硬度达89.5HRA,并且,Mo含量对粘结相中合金元素的溶解性也有较大影响.     

原料中C/N原子比对TiCN基金属陶瓷组织结构和性能的影响

分别以Ti(C_(0.4),N_(0.6)),Ti(C_(0.5),N_(0.5))和Ti(C_(0.7),N_(0.3))等3种TiCN粉末为原料,制备TiCN-25WC-10TaC-2Mo_2C-7Ni-7Co金属陶瓷,研究TiCN原料中C/N原子比对TiCN基金属陶瓷组织结构、硬度、抗弯强度、韧性、磁学性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明,以Ti(C_(0.4),N_(0.6))为原料制备的TiCN基金属陶瓷中出现M_6C型脱碳相(η相),导致材料的抗弯强度和韧性显著降低。以Ti(C_(0.7),N_(0.3))为原料制备的金属陶瓷为典型的弱芯环结构,具有最佳的力学性能,硬度(HV30)、抗弯强度和Palmqvist韧性分别为15.61 GPa,2 294 MPa和11.29 MN·m~(-3/2)。随TiCN原料中C/N原子比降低,金属陶瓷的矫顽磁力和相对磁饱和均大幅降低。在pH=1的H_2SO_4溶液中的电化学腐蚀实验结果表明,采用Ti(C_(0.4),N_(0.6))和Ti(C_(0.5),N_(0.5))原料制备的金属陶瓷的耐腐蚀性能相近,采用Ti(C_(0.7),N_(0.3))原料制备的金属陶瓷的耐腐蚀性能显著降低。     

成型压力对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织结构和力学性能的影响

以Ti(C,N)为基体硬质相,Ni和Co为金属黏结相,WC、Mo₂C和TaC为第二相碳化物,借助真空热压烧结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,探究了成型压力对金属陶瓷物相组成、微观形貌和成分、相对致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度的影响.研究结果表明：成型压力并未改变金属陶瓷的物相组成,所有试样均展现出典型的芯-环结构;无压成型烧结制备出的金属陶瓷不仅具有典型的黑芯-灰白双环结构,还呈现另一种白芯灰环结构.同时,金属陶瓷的晶粒度得到了细化.力学性能测试结果表明：成型压力达到8 MPa,金属陶瓷的相对致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度达到最大值,分别为99.1%,19.39 GPa, 7.84 MPa·m^1/2和1 488 MPa.金属陶瓷的断裂模式主要为沿晶断裂,并呈现较多的韧窝和撕裂棱.     

压制压力对纳米Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响研究

采用不同的压制压力制备纳米Ti(C,N)基金属陶瓷生坯,研究低压烧结后金属陶瓷的微观组织、收缩性和力学性能。结果表明：当压制压力过低时,粉末排列不紧密,金属陶瓷组织不均匀;当压制压力过高时,金属陶瓷组织发生分层,孔隙度和缺陷增加。当压制压力为180 MPa时,得到的纳米Ti(C,N)基金属陶瓷最为致密,其相对密度为97.06%,收缩系数为1.23,孔隙率最低,为A02B00C00;同时,该金属陶瓷具有最优异的综合力学性能,其中维氏硬度为1 680 HV₃₀,抗弯强度为1 650 MPa,断裂韧性为8.8 MPa·m^1/2。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的发展现状及趋势

介绍了Ti(C，N)基金属陶瓷的基本组成和结构，综述了Ti(C，N)基金属陶瓷的显微组织、添加成分和制备工艺的研究进展，指出了Ti(C，N)基金属陶瓷的应用和发展方向。     

TaC含量对TiCN基金属陶瓷组织与性能的影响

以TiC,TiN,WC,Mo,Co,Ni和Ta C为原料制备TiCN基金属陶瓷,结合XRD,SEMEDS和力学性能测试,研究TaC含量对TiCN基金属陶瓷物相组成、显微组织与力学性能的影响。结果表明:TiCN基金属陶瓷的硬质相为TiC_(0.7)N_(0.3),Mo C,TiWC_2和TiTaCN。粘结相Co,Ni固溶Ti,W,Mo,Ta元素形成Ti_(0.08)Ni_(0.92),TiCo_3,W_(0.15)Ni_(0.85),Co_(0.9)W_(0.1),Ta_(0.08)Ni_(0.92)和Mo_(0.09)Ni_(0.91)等。TiCN基金属陶瓷的显微组织由黑色相Ti(C,N)、灰色相(Ti,Mo,Ta,W)(C,N)和白色相(Ti,Mo,Ta,W)C-Co-Ni组成,形成黑芯-灰环及黑芯-白环-灰环包覆结构。随TaC含量增加,固溶相(Ti,Ta,W,Mo)(C,N)的含量与黑芯-白环-灰环包覆结构相增加,TiCN基金属陶瓷的抗弯强度提高,硬度略有下降。适宜的TaC添加量为9%,所得金属陶瓷的抗弯强度和硬度HV分别为1 299 MPa和1 252 MPa。     

Mo添加剂对(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷组织与性能的影响

结合BSE显微组织观察和EDS能谱分析、IPP统计分析、XRD物相检测和密度、硬度、抗弯强度测试,研究了不同烧结温度和Mo添加量对(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。研究表明:(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷的显微组织中黑色芯相和灰色相共同构成硬质相,Mo添加剂主要作用于硬质相形成碳化物固溶体。随着烧结温度的升高,黑色芯相比例降低,灰色相区粗化明显,抗弯强度下降。当烧结温度为1 400℃,Mo添加量为6%时,(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷的综合性能较佳。     

Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度的Weibull分析

作为金属切削工具材料,Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性的可靠性是制约其推广应用的主要因素。由于Ti(C,N)基金属陶瓷比WC基硬质合金脆性更大,其强韧性对内外缺陷更敏感,抗弯强度分散性更大,使用时,极易出现突然断裂,失效可预测性低。本文采用Weibull统计强度理论以及双样本t检验的方法对工业化批量生产的Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度(TRS)的可靠性及其主要影响因素进行分析。结果显示,物料批次、烧结炉次(烧结气氛)对抗弯强度的分散性有显著影响。同物料批次、同炉次烧结的Ti(C,N)基金属陶瓷样本的抗弯强度具有较大的Weibull模数,最高可达m=41.64,而多物料批次、多炉次烧结样本的抗弯强度的分散性较大,Weibull模数约为10~15,特征强度约为(2350±150)MPa。抗弯强度的Weibull分布还受到样品尺寸的影响,小尺寸样品的特征强度更大,但Weibull模数更小。     

添加稀土对Ti(C,N)基硬质合金性能的研究

通过金相、硬度、密度和抗弯强度测定,对添加稀土的Ti C基钢结硬质合金进行显微组织、力学性能分析。结果表明:在一定的范围内,随着稀土氧化物La2O3含量的增加,Ti C基钢结硬质合金密度、硬度和抗弯强度均提高。当稀土氧化物La2O3加入量为0.48%时所获得的Ti C基钢结硬质合金显微组织均匀,硬度值达到HRC68.5。La2O3能够与金属粉末界面上的杂质和氧化膜作用,有助于润湿性的改善,从而有利于致密化的进程,减小孔隙度,提高抗弯强度。     

Fe添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织及力学性能的影响

采用低压烧结工艺制备出Ti(C_(0.7)N_(0.3))-WC-Mo_2C-TaC-Fe/Co/Ni体系金属陶瓷,研究了Fe含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织、相组成及力学性能的影响。结果表明,随着Fe含量的增加,组织中白芯-灰环结构的硬质相体积分数显著增大,且在固相烧结阶段,大量M_(12)C型η相转化为M_6N型脆性相;高Fe含量的金属陶瓷体系有利于脆性相的生成。力学性能测试结果表明,适量Fe置换Ni可显著提高Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度和断裂韧性,并随Fe含量增加呈先升高后降低的变化趋势。当Fe含量为2%时,金属陶瓷的硬度和断裂韧性均达到最大值1 642 MPa和10.63 MPa·m~(1/2),与不含Fe的金属陶瓷相比,分别提高了96 MPa和11.3%。但添加过量Fe反而会极大地恶化金属陶瓷的力学性能,这主要归因于高Fe含量金属陶瓷组织中M_6N型脆性相含量的增加。     

Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响

将Ti(C_5N_5)、Mo_2C、Ru、Ni粉末混合后,通过粉末冶金方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响及机理。结果显示,掺Ru后的Ti(C,N)基金属陶瓷组织呈现出芯-环结构;随着Ru含量的增加,主体晶粒得到细化,同时粘结相趋于均匀化;Ru含量的变化对Ti(C,N)基金属陶瓷粘结相浓度梯度产生了影响,梯度层厚度随Ru含量的增加先增厚后减薄;含1.5%Ru的Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性和维氏硬度分别达到9.9 MPa·m~(1/2)和1 500 HV_(10)。掺Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能的改善具有突出效果,与其强化陶瓷的粘结相有关。     

添加纳米Ti(C,N)对粗晶WC-8Co硬质合金微观组织和力学性能的影响

将粒度为0.2μm的Ti(C,N)纳米粉末添加到粗晶WC-8Co硬质合金中，采用低压烧结技术制备了WC-xTi(C,N)-8Co系列硬质合金。利用XRD、SEM和EDS研究了添加纳米Ti(C,N)的硬质合金试样的物相组成和微观组织，并分析和讨论了合金的钴磁、矫顽磁力、洛氏硬度和抗弯强度等性能。结果表明，添加纳米Ti(C,N)烧结后的合金均出现了典型的Ti(C,N)芯-环结构，提高了硬质合金的硬度。然而，微量的Ti(C,N)添加会导致合金的力学性能下降，当添加量达到5%时，合金的综合力学性能最好，但当添加量达到15%以上时，基体出现脱碳相，导致合金的抗弯强度大幅下降。     

原始成分组成对Ti(C,N)基金属陶瓷烧结性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了原始成分组成对材料烧结特性和力学性能的影响规律。结果表明:保持Mo/(Mo+Ni)为定值,随着硬质相成分的增加,烧结体抗弯强度降低,硬度增加;硬质相成分TiN含量超过一定阈值时,烧结体疏松导致硬度和抗弯强度同时大幅下降;TiN含量保持定值,硬质相成分含量增加,烧结体硬度增加,抗弯强度下降;粘结相成分用Co部分替代Ni,随Co含量的增加,烧结体硬度略有升高的基础上抗弯强度升高。