金属陶瓷刀具高速切削钛合金试验研究

采用自主研发的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具对TC4钛合金(Ti6Al4V)进行了高速车削试验。从切削力、工件已加工表面质量和刀具寿命等方面分析了Ti(C,N)基金属陶瓷刀具加工TC4钛合金的切削性能。通过扫描电子显微镜(SEM)观察和能量分散光谱(EDS)扫描分析,研究了不同几何形状的Ti(C,N)基金属陶瓷刀片高速车削TC4钛合金的失效形态及失效机理。     

双重润滑条件下的刀具切削特性研究

为实现清洁切削技术,将Al2 O3包覆CaF2复合粉体作为添加相,采用真空热压烧结工艺制备了一种Ti(C,N)基自润滑金属陶瓷刀具(TMC刀具),研究了Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在微量润滑作用下切削300M钢的切削性能,结果表明:双重润滑与干切削方式相比,其三向切削力FX、FY、FZ分别减小了36.8％、13.1％和...     

纳米TiN改性金属陶瓷刀具的磨损性能研究

研究了纳米TiN改性TiC金属陶瓷刀具（纳米改性金属陶瓷刀具，下同）与普通Ti（C，N）基金属陶瓷刀具及硬质合金刀具在切割正火态45钢时的磨损曲线及磨损机理。结果表明：纲米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具的效果明显；与硬质合金刀具相比，纳米改性金属陶瓷刀具优良的综合性能使其具有更同的耐磨性。刀具的失效形式主要是磨损及崩刃。     

碳纳米管预处理及其对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响

利用化学沉积方法对表面改性后的碳纳米管进行进行镍包覆,在Ti(C,N)基金属陶瓷中添加不同含量的碳纳米管作为增强相,采用粉末冶金法制备了碳纳米管增强的Ti(C,N)基金属陶瓷材料;研究了碳纳米管的表面改性、加入量及烧结温度对金属陶瓷性能的影响。结果表明:当pH值为4.5时得到的镍镀层比pH值为9时得到的镍镀层连续光滑;当碳纳米管含量由0增加到0.5%(质量分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度随碳纳米管含量的增加而升高,1 420℃烧结时,其抗弯强度最大。     

c-BN增强(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具材料的研制

采用热压烧结制备了不同亚微米级c-BN含量的(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具材料,用热场发射扫描电子显微镜及能谱仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪对材料的微观组织结构和力学性能进行了研究。结果表明:添加c-BN可改善材料的力学性能,当c-BN含量为1.5wt%时,(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具的性能最优,其抗弯强度达到917MPa,断裂韧性为9.27MPa·m~(1/2),维氏硬度为20.64GPa;适量c-BN可起到细化晶粒、减少气孔缺陷和提高致密度的作用,复合材料由沿晶断裂为主转变为穿晶断裂为主;在c-BN复合(W,Ti)C基金属陶瓷刀具材料中,主要的增韧补强机理有晶粒细化、颗粒桥联、裂纹偏转和裂纹分叉。     

微米／纳米复合Ti（C，N）基金属陶瓷刀具切削铸铁的性能研究

利用热压烧结法制备了微米／纳米复合Ti（C,N）／Al2O3金属陶瓷刀具,对研制的三种金属陶瓷刀具（材料编号JT1-JT3）和YG8硬质合金刀具切削铸铁时的切削性能进行了试验研究。结果表明,研制的金属陶瓷刀具适合切削铸铁,其切削性能优于YG8,尤其是JT2刀具不但磨损较小,且加工表面质量较好。分析了刀具的磨损形貌和磨损机理,得出了Ti（C,N）金属陶瓷刀具的主要磨损机理为后刀面磨粒磨损的结论。     

Ti(C,N )基金属陶瓷粉末注射成形技术研究概述

概述了Ti(C，N)基金属陶瓷粉末注射成形的粉末特性、粘结剂体系、喂料制备、注射成形、脱脂技术、烧结与致密化；分析表明：粉末注射成形技术在制备复杂几何形状、均匀组织结构和高性能高精度近净成形Ti(C，N)基金属陶瓷材料产品方面具有独特的技术优势和发展潜力。     

放电等离子烧结制备Ti(C,N)基金属陶瓷

用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Ti(C，N)基金属陶瓷材料。使用XRD、SEM对烧结体物相、微观组织进行了分析，并对金属陶瓷的硬度、抗弯强度和孔隙率进行了对比分析。结果表明：SPS工艺下形成了Ti(C，N)相；1350℃下保温8min是较佳的烧结工艺。原料粉添加VC后，烧结体晶粒组织明显细化，但孔隙率变大，综合性能仍高于未添加VC的金属陶瓷。     

微米/纳米Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的研制

在试验的基础上系统研究了纳米级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。通过对材料微观结构的观察和分析,认为纳米Al2O3的添加细化了基体晶粒,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。     

超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷刀的磨损性能研究

研究了两种超细晶粒纳米改性Ti（C，N）基金属陶瓷刀具——44Ti（C，N）-5TiN（nm）-15WC-16M02C-20Ni（刀具A）和39Ti（C，N）-10TiN（nm）-15WC-16M02C-20Ni（刀具B）在加工正火态中碳钢时的切削性能和磨损机理。研究表明，两种刀具材料的显微组织都由金属相与陶瓷相组成，其中粗大的陶瓷相呈典型的芯／壳结构，陶瓷相晶粒尺寸为400～800nm。切削实验表明，刀具A的切削性能要优于刀具B，刀具A常以后刀面正常磨损的方式失效，刀具B则常以破损崩刃的方式失效。能谱（EDS）分析表明，高速切削时金属陶瓷刀具主要的磨损机制是扩散磨损和氧化磨损。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的摩擦磨损性能试验研究

通过对Ti(C，N)金属陶瓷、Si3N4／(W，Ti)C复合材料、GCr15轴承钢和45#钢制作的磨块进行环块式摩擦磨损试验，得出新型Ti(C，N)金属陶瓷具有良好的耐磨性。     

Ti(C,N)基金属陶瓷在海水润滑下的摩擦磨损特性研究

在材料端面摩擦磨损试验机上,分别对Ti(C,N)金属陶瓷及表面沉积TiN的Ti(C,N)金属陶瓷2种材料与碳纤增强聚醚醚酮(CFRPEEK)组合在海水润滑下的摩擦磨损特性进行实验研究,探讨接触压力和滑动速度对摩擦因数的影响规律。结果表明:在速度较低时摩擦因数随速度增加下降较快,但速度较高时,摩擦因数趋向稳定,速度影响不大;接触压力对摩擦因数的影响较小。通过对试件磨损表面微观形貌的分析,认为CFRPEEK的磨损机制主要是机械切削和机械犁耕引起的材料塑性变形和脱落,并在摩擦过程中发生向陶瓷表面的转移。Ti(C,N)金属陶瓷较表面沉积TiN的Ti(C,N)金属陶瓷具有较低的摩擦因数。通过与其他材料研究结果的比较,认为Ti(C,N)金属陶瓷与CFRPEEK组成的材料副应用于纯水液压泵或马达中的关键摩擦副具有较好的可行性。     

Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的统计学研究

对研制的Ti(C，N)基金属陶瓷材料的力学性能进行了测试和Weibull统计分析。研究表明，该材料具有良好的力学性能；材料的抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度均服从Weibull分布，力学性能的变异系数小，性能稳定；抗弯强度的Weibull系数高，材料的可靠性高。     

WC和Mo_2C的添加对Ti(C,N)基金属陶瓷高温显微硬度的影响

基于WC与Mo_2C对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织优化和润湿性改善等方面具有相似的作用,研究了WC和Mo_2C的添加对Ti(C,N)基金属陶瓷在高温下显微硬度的影响。结果表明:随着温度的升高,添加WC和Mo_2C后金属陶瓷的高温显微硬度均呈下降趋势,在600~800℃范围内,添加WC后金属陶瓷的高温显微硬度略高于添加Mo_2C金属陶瓷的,当温度达到900℃时,两者的显微硬度几乎相同;随着温度的升高,两种金属陶瓷的压痕面积、平均压痕深度均逐渐增加;添加WC后金属陶瓷的高温真应变明显小于添加Mo_2C金属陶瓷的,但当温度达到900℃时,两种金属陶瓷的高温变形量接近。     

氮化碳基陶瓷刀具材料的制备与力学性能研究

采用热压烧结工艺,以Ti(C, N)为添加相,以Mo、Ni和Co为金属相,成功制备了氮化碳(C₃N₄)基陶瓷刀具材料,测量了其断裂韧度、抗弯强度和维氏硬度,分析了其微观组织。结果表明,在烧结温度为1600℃、保温时间为45 min和烧结压力为32 MPa的工艺条件下,Ti(C, N)质量分数为35%、Ni-Co质量分数为8%的C₃N₄基陶瓷刀具材料力学性能最优。合适的Ti(C, N)含量能细化C₃N₄晶粒、提高烧结密度、改善力学性能,合适的Ni-Co含量能使微观组织细小均匀。     

TaC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了TaC质量分数分别为0%,2%,4%和6%的Ti(C,N)基金属陶瓷,通过压痕-急冷法研究了TaC含量对其抗热震性能的影响。结果表明,随热震次数的增多,金属陶瓷中的裂纹长度增加;裂纹主要沿陶瓷相/金属相界面以及在金属相中扩展;含TaC质量分数为2%的金属陶瓷晶粒细小,且分布均匀,环形相厚度适中,在500℃多次热震后裂纹扩展最缓慢,抗弯强度和硬度损失量最小,抗热震性能最好;热震后Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度损失很小,但残余抗弯强度显著下降。     

稀土强韧化陶瓷刀具材料的研制

研制出一种稀土钇强韧化Al2O3/Ti(C,N)新型陶瓷刀具材料,并对其力学性能和切削性能作了研究,表明稀土钇的适量添加能有效改善Al2O3/Ti(C,N)陶瓷刀具材料的力学性能,其抗变强度和断裂专访性分别达到1010MPa和6.1MPam^1/2。大量的切削实验表明,在切削淬硬45钢时,该刀具材料不仅具有良好的耐磨性能。而且具有较好的抗破损性能,其抗破损性能比相应不含稀土钇的Al2O3/Ti(C,N)陶瓷刀具材料高约20%。     

AlN含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了AlN添加量(0,1%,2%,3%,质量分数)对Ti(C,N)基金属陶瓷硬度、抗弯强度以及抗氧化性能的影响。结果表明:不同AlN添加量下的金属陶瓷主要由Ti(C,N)、Ni3Al和镍相组成;随着AlN添加量增加,金属陶瓷的硬度增大,抗弯强度先增大后减小,AlN添加量为2%时达到峰值;与未添加AlN相比,添加2%AlN金属陶瓷的氧化质量增加较慢,氧化膜结构更致密,抗氧化性能更好。     

黏结相组成对Ti(C,N)基金属陶瓷高温氧化行为的影响

以Co-Ni、Co-Ni-Fe、Co-Ni-RE、Co-Ni-Cr合金和AlCoCrFeNi合金为黏结相制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了这五种金属陶瓷在1 100℃静态空气中的氧化行为,分析了黏结相对其高温氧化行为的影响。结果表明:以前四种合金为黏结相的金属陶瓷的氧化动力学曲线均基本符合扩散过程控制的抛物线规律,且氧化速率常数都是分阶段变化的;以多主元AlCoCrFeNi高熵合金为黏结相则大大提高了Ti(C,N)基金属陶瓷的抗高温氧化性能,这主要归因于黏结相组元中铝元素的活性较强,易于形成较稳定、氧化层致密的,从而使得氧的传输被极大地抑制。     

高强度金属陶瓷材料在气体动压轴承中的应用

本文给出了气体动压轴承材料选择的原则及常用材料性能,介绍了利用金属粉末注射成型技术及热等静压技术开展Ti C基高强度金属陶瓷材料轴承坯件成型技术研究所取得的成果,最后,给出Ti C基高强度金属陶瓷材料在气体动压轴承研制中的应用效果。