WC含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用真空烧结法制备超细Ti(C,N)基金属陶瓷,研究WC含量0wt%～20wt%对超细Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。通过SEM观察组织形貌发现,添加WC后金属陶瓷的组织出现了典型的芯壳结构,并且芯壳产生了明显细化,但当WC添加量超过15wt%时,环形相碳化物粗化、变脆。伴随着WC添加量,抗弯强度、硬度、断裂韧性均呈现先上升再下降的趋势。在WC添加量15wt%时,抗弯强度达到1262MPa,维氏硬度值达到16.3HV,金属陶瓷的综合力学性能达到最优。     

Ti(C,N)_w/Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与力学性能研究

采用Ti(C,N)晶须和颗粒复合粉末(Ti(C,N)w+Ti(C,N)p)制备Ti(C,N)w/Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了复合粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明,Ti(C,N)w的加入,金属陶瓷的各项力学性能都得到了提高。组织表现为环形相结构特征,与Ti(C,N)基金属陶瓷相比,双层环形相结构所占比例增大,且尺寸加厚。烧结组织中Ti(C,N)w的长径比大于临界长径比,在强化金属陶瓷方面起着重要的作用。环形相使Ti(C,N)w与基体界面结合紧密,增韧机制主要表现为裂纹桥联和裂纹偏转,拔出效应不明显。     

(Ti,W)C-Ni金属陶瓷的显微组织和力学性能研究

采用商用(Ti_(0.76),W_(0.24))C、(Ti_(0.69),W_(0.31))C、(Ti_(0.58),W_(0.42))C和Ni粉末,通过真空烧结制备了(Ti,W)C-Ni金属陶瓷。研究了(Ti,W)C中W含量对(Ti,W)C-Ni金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,(Ti,W)C-Ni金属陶瓷具有芯-环结构显微组织。随着W含量升高组织中芯相体积分数下降,环形相体积分数明显上升。当a(Ti)∶a(W)为0.69∶031时,金属陶瓷组织中出现了少量的无芯相,但进一步增加W含量,金属陶瓷中析出WC相和石墨相。较之传统的Ti(C,N)基金属陶瓷,(Ti_(0.69),W_(0.31))C-Ni金属陶瓷具有优异的断裂韧性(KIC),其数值为16.94 MPa·m~(1/2)。环形相与芯相的体积分数比例是影响(Ti,W)CNi金属陶瓷力学性能的关键因素。     

纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的结构和相变

用分段真空烧结、X射线衍射和背散射扫描电镜研究了纳米Ti(CN)基金属陶瓷在烧结过程中的结构和相成分的演变.结果表明:纳米Ti(CN)基金属陶瓷在900℃以后,Mo2C和TaC开始由于扩散,与Ti(CN)发生固溶反应,在1200℃以前,Mo2C和TaC固溶反应结束,两相均消失.WC在1100℃以后,开始由于扩散,与Ti(CN)发生固溶反应,在1250℃以前消失.在1250℃以后,合金中只有Ti(CN)和Ni(Ni+Co)两相存在.纳米Ti(CN)粉末与M(M=Mo,W,Ta)反应形成富M的(Ti,M)(CN)固溶体为核,贫M的(Ti,M)(CN)固溶体为环的"亮芯黑环"环形结构,在1350℃即可获得致密的合金.     

N含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

用扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜等观察手段研究了N含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响.结果表明N含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能有显著的影响.随N含量增加,其晶粒尺寸细化,晶粒长大受到抑制,并且这种抑制作用非常显著.与此同时,组织中高的N含量也会导致烧结体中孔隙率增加,严重损害着横向断裂强度(TRS).高的N含量一方面能有效抑制晶粒长大,另一方面也促进N的分解.     

纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的组织结构演变

用分段真空烧结、背散射扫描电镜、透射电镜和能谱分析等手段研究纳米Ti(CN)基金属陶瓷在烧结过程中的组织结构演变。结果表明:纳米Ti(CN)粉末金属陶瓷在1 200℃以后开始发生剧烈的固相反应,纳米Ti(CN)粉末与M反应形成富M(M=Mo,W,Ta)的(Ti,M)(CN)固溶体为核,贫M的(Ti,M)(CN)固溶体为环的“亮芯黑环结构”,在1 350℃即可获得致密的合金。而微米金属陶瓷中Ti(CN)粉末颗粒很少参与固溶反应而成为核,富钨和富Mo的固溶体为环,形成“黑芯亮环结构”,烧结温度在1 400℃以上才能获得致密合金。     

纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷研究进展

分析了Ti(C,N)基金属陶瓷的发展、组织结构、性能特点及应用;特别阐述了近年来纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷的研究动态和进展,指出了Ti(C,N)基金属陶瓷未来发展趋势是向超细晶粒(纳米结构化)方向和提高材料的强韧性、可靠性方向发展。     

纳米晶Ti(CN)基金属陶瓷的研究

对纳米晶Ti(CN)基金属陶瓷进行了初步的研究;与较粗Ti(CN)基金属陶瓷相比,纳米Ti(CN)基金属陶瓷表现更加均匀的球形结构;由于细化的结构和强化的粘结相,纳米结构金属陶瓷具有不同的韧化机理,其断裂韧性要比微米金属陶瓷提高50%。     

陶瓷相原始粉末粒度对Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷试样和刀具。研究了陶瓷相粉末粒度对Ti（ C, N）基金属陶瓷显微组织、力学性能及其刀具耐磨损性能的影响。结果表明,超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷的硬质相均具有黑芯/灰壳和白芯/灰壳两种显微结构。超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷中白芯/灰壳结构硬质相晶粒较多,而纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷中硬质相晶粒主要为黑芯/灰壳结构。与超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷相比,纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷具有较高的抗弯强度和断裂韧度以及较低的硬度和孔隙度。纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具具有较长的使用寿命,约为超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具使用寿命的2．3倍。     

(Ti,W,Ta)(C,N)_p/Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与性能

采用自制的多元复式碳氮化物陶瓷粉末 ((Ti,W,Ta) (C,N) p)制备 (Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的组织结构特征及其加入对金属陶瓷的组织及性能的影响。结果表明 ,多元复式碳氮化物粉末的晶格常数与元素的固溶度有很好的对应关系 ,调整粉末中元素的固溶度可控制粉末的晶格常数 ,进而控制材料的性能。 Ti(C,N)基金属陶瓷中 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的加入 ,有利于重金属元素 W和 Ta向粘结相中扩散 ,从而降低了硬质相在粘结相中的溶解度 ,阻碍了晶粒长大。(Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷各项性能指标优于 Ti(C,N)基金属陶瓷和国外对应的金属陶瓷牌号 CT5 2 5的产品。强化机制主要表现为细晶强化与固溶强化。     

纳米Ti（CN）基金属陶瓷烧结过程中的结构和相变

用分段真空烧结、X射线衍射和背散射扫描电镜研究了纳米Ti（CN）基金属陶瓷在烧结过程中的结构和相成分的演变。结果表明：纳米Ti（CN）基金属陶瓷在900℃以后，Mo2C和TaC开始由于扩散，与Ti（CN）发生固溶反应，在1200℃以前，Mo2C和TaC固溶反应结束，两相均消失。WC在1100℃以后，开始由于扩散，与Ti（CN）发生固溶反应，在1250℃以前消失。在1250℃以后，合金中只有Ti（CN）和Ni（Ni＋Co）两相存在。纳米Ti（CN）粉末与M（M=Mo，W．Ta）反应形成富M的（Ti，M）（CN）固溶体为核，贫M的（Ti，M）（CN）固溶体为环的“亮芯黑环”环形结构，在1350℃即可获得致密的合金。     

冷却方式对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备微米级Ti(C,N)基金属陶瓷。通过XRD、SEM等研究了液相烧结后,冷却方式对微米级Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织、力学性能的影响。试验结果表明,烧结后随炉冷却,烧结体可获得较均匀的显微组织,且环形相完整且厚度适中;冷却时,在液相阶段增加保温台阶,晶粒有所长大且有发生团聚现象发生,环形相变厚,导致材料的力学性能下降。微米级Ti(C,N)基金属陶瓷烧结后合适的冷却方式为无保温、随炉冷却。     

碳含量对Ti(CN)基金属陶瓷力学性能的影响

研究了Ti(CN)基金属陶瓷的碳含量对其物理力学性能的影响。结果表明 ,在一定范围内 ,随着碳含量的减少 ,Ti(CN)基金属陶瓷的矫顽磁力、钴磁和硬度降低 ;而抗弯强度则明显增高。     

Ti(C,N)固溶体的N/C原子比对Ti(C,N)基金属陶瓷组织及力学性能的影响

本文以不同N/C原子比的Ti(C,N)固溶体为硬质相,通过真空烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。用三点弯曲法、洛氏硬度计、压痕法分别测得试样的抗弯强度、硬度、断裂韧性,并通过光学金相显微镜、XRD、SEM、EDS等手段研究了Ti(C,N)固溶体的N/C原子比对Ti(C,N)基金属陶瓷组织的影响规律。结果表明:在一定范围内随着N/C原子比的增大,Ti(C,N)固溶体在液相中溶解度下降,环形相的析出受到抑制,使得金属陶瓷的硬质相芯部逐渐细化且分散均匀,环形相厚度减薄。但Ti(C,N)固溶体的N/C原子比为6∶4及以上时,硬质相与液相之间的润湿性较差,使得金属陶瓷孔隙度增加,显微组织中开始出现亮白色的晶粒。随N/C原子比的增大,金属陶瓷的抗弯强度和硬度先增大后降低,断裂韧性逐渐降低。当Ti(C,N)固溶体的N/C原子比为5∶5时,金属陶瓷的综合力学性能最佳,其抗弯强度为2 429 MPa,硬度为92.2 HRA,断裂韧性为8.44 MPa·m~(1/2)。     

碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

通过真空烧结方法制备了4种碳含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,通过X射线衍射分析仪、扫描电镜、万能力学试验机、维氏硬度测试仪等仪器检测Ti(C,N)基金属陶瓷试样的物相结构、微观组织、抗弯强度、硬度和断裂韧性,分析了碳含量和烧结工艺对Ti(C,N)基金属显微组织和力学性能的影响。结果表明,增加碳含量和提高烧结温度能促进烧结过程中的冶金反应,金属陶瓷显微组织中具有黑芯-灰环结构硬质相的黑芯部分体积分数减少,环形相体积分数增加,粘结相体积分数减少,显微组织均匀化。碳含量对横向抗弯强度(TRS)有显著影响;碳含量对硬度(HV)和断裂韧性(KIC)的影响较小,随碳含量上升,均略有增加。在1 440~1 500℃范围烧结,金属陶瓷的TRS保持在相近的水平值;随烧结温度升高,硬度HV下降;高温1 520℃烧结,能显著提升Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性KIC,提高裂纹扩展阻力。     

固相烧结阶段保温参数对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,液相出现前,在1 220~1 260℃进行了保温。采用扫描电镜、能谱仪等研究了此阶段的保温温度和保温时间对Ti(C,N)基金属陶瓷最终烧结体的显微组织和力学性能的影响。结果表明:在1 220~1 260℃温度区间,随着保温温度的升高,金属陶瓷最终烧结体的组织逐渐变得均匀,环形相包覆变得完整且环形相厚度增加,材料致密度和强度提高;随着保温时间的延长,硬质相晶粒逐渐细化,粘结相中固溶合金元素含量增加,强度硬度均提高;当保温温度过高或保温时间过长时,环形相过度变厚,反而降低了材料的综合性能。经过1 240℃保温120min,并在1 400℃真空烧结60 min,金属陶瓷最终烧结体显微组织分布均匀,环形相厚度适中,致密度和力学性能较优异。     

NiMo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与力学性能

本文通过粉末冶金法制备Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究Ni Mo粘结相含量和烧结温度对Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和力学性能的影响。结果表明,随着Ni Mo粘结相含量的增加,硬质相颗粒弥散分布更加均匀,黑芯相得到细化,芯-环结构更加完整,环形相变厚,组织更加均匀。当Ni质量分数为30%时,在XRD图谱中出现明显的Ni4Mo类型的金属间化合物的衍射峰。粘结相含量越高,Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度越高,硬度越低。随着烧结温度升高,黑芯相尺寸变小,环形相变厚。抗弯强度随着温度先升高后降低,粘结相含量越高,抗弯强度峰值对应的烧结温度越低。1 430℃烧结的20Ni Mo金属陶瓷硬度HRA达到91,抗弯强度大于2 000 MPa。     

烧结工艺对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响

采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,利用金相图像分析系统和扫描电镜观察陶瓷表面孔洞和微观组织形貌,分析了热处理和烧结气氛工艺对不同碳氮比的Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响.结果表明:真空烧结后的热处理工艺可使Ti(C,N)基金属陶瓷的横向断裂强度提高10%以上,硬度也有不同程度的提高,其中Ti(C0.5 N0.5)基金属陶瓷适合采用低压工艺处理,Ti(C0.7 N0.3)基金属陶瓷适合采用热等静压工艺处理.氮气气氛烧结中,Ti(C0.5 N0.5)基金属陶瓷在氮分压值为2kPa时的横向断裂强度达到最大值,而硬度变化不明显,这可归因于合适的氮分压阻碍了金属陶瓷内氮化物的分解,提高了材料的致密度,细化了晶粒组织.     

Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

Ti(C,N)基金属陶瓷是一种新型工具材料,在高速切削刀具中得到广泛应用。本文介绍了金属陶瓷中Mo或Mo2C的作用,并综述了国内外关于Mo或Mo2C对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和性能的影响。     

原位碳热还原法制备Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结技术研究

基于原位碳热还原法,通过真空液相烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。利用XRD、SEM、EDS等手段研究了不同烧结工艺参数对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:基于原位碳热还原法制备出的Ti(C,N)基金属陶瓷,与常规方法制备的金属陶瓷相比,其显微组织中具有白芯-灰壳结构硬质相和没有明显包覆相的灰色硬质相的体积占比均明显增加,而具有黑芯-灰壳结构硬质相的体积占比明显减小;经1 400℃烧结,保温60 min,材料的组织均匀性较好,环形相厚度适中,且具有最佳的室温力学性能:抗弯强度为2 516 MPa,硬度为88.6 HRA,断裂韧性为18.4 MPa·m1/2。