第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

Ti(C,N)基金属陶瓷具有优异的高温硬度和耐磨性、低摩擦系数、良好的热稳定性和化学稳定性,但是断裂强度差和冲击韧性不足是其致命的缺点。在Ti(C,N)基金属陶瓷中添加第二相碳化物是提高Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性的一种重要途径,本文根据不同种类的第二相碳化物在Ti(C,N)基金属陶瓷中的作用对其进行分类和归纳,从而得出第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷的作用主要有改善粘结相对硬质相的润湿性、抑制晶粒长大以及改善机械性能。     

第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

简要介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的基本结构,重点阐述了第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构和力学性能的影响。     

Nb-Ti处理超低碳烘烤硬化钢的析出行为

通过物理化学相分析试验和热力学平衡计算,分析了Ti、N原子比大于1、等于1、小于1的3种Nb-Ti处理ULC-BH钢板的第二相析出规律.相分析和热力学计算结果表明,3种成分钢板析出相主要为(Ti,Nb)(C,N)、MnS,试验钢中未发现Ti4C2S2和TiS相;Ti、Nb元素的氮化物主要在A,温度以上析出,而碳化物主要在铁素体相区析出.在热轧板经卷取保温后,Nb、Ti元素接近完全析出形成M(C,N);短时退火后,M(C,N)相有少量回溶.当Ti、N原子比接近1时,N主要与Ti结合,C单独由Nb固定,有利于预估钢中固溶c含量.钢中增加酸溶铝含量有利于避免形成A120,夹杂.     

影响Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的因素

Ti(C,N)基金属陶瓷是一种以TiC:、TiN或Ti(C,N)粉末作硬质相,添加WC、TaC、VC等难熔金属碳化物,并以Ni-Mo或Mo_2C作黏结剂的新型复合材料,主要用于刀具。与传统的WC硬质合金相比较,Ti(C,N)基金属陶瓷具有更好的综合性能,但其断裂韧度和抗弯强度不足,限制了它的应用。影响Ti(C,N)基金属陶瓷硬度、抗弯强度和断裂韧度等力学性能的因素主要为成分和粉末粒度,前者包括碳、氮和钼的含量,黏结剂镍和钴,碳化物及稀土元素。降低Ti(C,N)基金属陶瓷的脆性是有待解决的难题。今后将会开发出高性能、低成本的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具,以满足制造业的需求。     

微合金化S355钢的第二相析出行为

采用Thermo-Calc软件,分析了S355钢连铸坯在200~1600℃温度范围内第二相粒子的析出行为,并利用扫描电镜(SEM)与透射电镜(TEM)观察确认了S355钢铸坯中析出物的形貌、类型与析出位置。结果表明:S355钢中含Ti、含Nb以及含V的第二相析出温度依次降低,且氮化物析出温度普遍高于碳化物;S355钢在高温阶段易形成典型的Nb Ti复合析出相,在低温阶段易在晶界与位错附近形成纳米级Nb C;S355钢析出相的开始析出温度分别为:1388℃(Ti N)、1100℃(Nb N/Nb C)、1080℃(Ti C)、936℃(Al N)和900℃(VNC).     

FGH96高温合金中一次碳化物形成规律

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,对FGH96高温合金中一次碳化物的生成机理进行研究,计算FGH96高温合金可能的平衡析出相及C、N、Nb、Ti元素对合金中一次碳化物相MC+M(C,N)析出行为的影响,对比分析FGH96高温合金中一次碳化物相的计算结果与扫描电镜图及能谱分析的化学成分。结果表明:C含量对一次碳化物相的析出量影响较大,而对析出温度影响较小;N含量对析出温度有非常明显的影响,而对一次碳化物相的析出量影响较小;Nb和Ti含量对FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为只有轻微的影响。因此,FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为主要受C和N的影响。由计算得出的一次碳化物相的成分变化结果结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出含有微量C的氮化物TiN,两相区析出的MC型碳化物会在TiN表面析出,形成以TiN为核心的一次碳氮化物M(C,N)。     

烧结工艺和Y_2O_3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以TiC、TiN、Ni、Co等粉末为主要原料,以稀土Y2O3为添加剂,采用无压烧结技术制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究烧结工艺和稀土Y2O3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着温度的升高,TiC、TiN、WC、Cr3C2、Mo等相逐渐消失,向硬质芯相扩散发生固溶,经溶解-析出过程,最终形成新的Ti(C,N)硬质相和(Cr,W,Mo,Ti)(C,N)固溶体环形相,黏结金属Ni和Co主要以Ni相、TiCo和Co3W3C中间相的形式存在;稀土Y2O3的添加未改变Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相结构演变过程,材料的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性均随Y2O3添加量的增加呈先增加后降低的趋势,当Y2O3的加入量为0.8%(质量分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能最佳,样品的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性相比1450℃烧结50 min样品的分别提高了7.9%、45.8%和6.1%。     

烧结气氛对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响

用X射线衍射、背散射扫描电镜及能谱仪等分析手段研究了烧结气氛(真空、N2、Ar)对不同成分TiC基和Ti(CN)基金属陶瓷合金显微组织和性能的影响.金属陶瓷在N2和Ar中烧结后,合金碳含量比在真空中烧结的碳含量低0.5%左右;在N2中烧结后,合金的氮含量提高了0.5%左右.环状结构心部可以是以钨等重金属元素为主要成分的碳化物,也可以是以钛为主要成分的碳化物和碳氮化物.环状结构为金属元素含量和分布不同的(Ti,W,Ta,Mo,Co,Ni)(C,N)固溶体,粘结相是与Ti,W,Ta,Mo,C,N等元素有不同溶解度的钴镍固溶体.真空烧结后组织结构比较均匀,合金的性能最好.在Ar、N2中烧结后,气氛中的氧和氮参加烧结反应,影响合金成分碳氮平衡,在合金表面形成壳层结构,产生表面缺陷,合金的密度、显微硬度、抗弯强度均有比较大的降低;N2气氛影响更大.     

一种铸造镍基高温合金在热处理过程中的相析出行为和拉伸性能（英文）

研究一种铸造镍基合金(IN617B合金)在固溶处理和长期时效处理过程中的相析出行为和拉伸性能。在铸态的组织中,Ti(C,N)、M6C和M23C6为主要析出相,而经过固溶处理后,除少量Ti(C,N)残余外,绝大部分碳化物固溶到基体中。在700°C长期时效过程中,合金中相的析出行为主要包括3个方面:(1)晶界处M23C6碳化物的形貌由膜状转变成颗粒状,同时由于界面能的降低和元素向晶界的扩散,颗粒碳化物逐渐粗化;(2)晶内棒状M23C6碳化物具有择优生长方向[110],并与基体γ之间存在共格关系;(3)γ?颗粒可以通过限制碳化物形成元素的扩散来阻碍晶内M23C6碳化物粗化。在时效5000 h后,合金的抗拉强度明显增加,而合金的塑性明显下降。该合金具有稳定的显微组织,从而保证其在长期时效过程中具有优异的拉伸性能。     

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)。     

N元素对FGH96高温合金析出相的影响

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,计算了含N与不含N时FGH96高温合金中可能的平衡析出相,并用Scheil-Gulliver凝固模型对两种合金进行了凝固模拟.对两种合金的计算结果进行比较,从热力学角度分析研究了N对FGH96高温合金中析出相的影响.结果表明,N元素主要影响一次碳化物的析出行为,而对其他相的析出影响很小;在含有少量N的FGH96合金中,在液相线温度以上可析出Ti、N为主要成分的M(C,N)相,而不含N时,只有当固相率达到70％时才会从残余液相中析出MC型碳化物.由计算得出的一次碳化物的成分变化结果,并结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出以TiN为主要成分的M(C,N)相,随后的MC型碳化物会在其表面析出,形成以TiN为核心的一次碳化物.     

超高Ti耐磨钢第二相粒子的析出行为研究

超高Ti耐磨钢(w(Ti)=0.2%～0.6%)中第二相粒子的类型、形态、尺寸、分布及数量等对其性能具有重要影响,但是在生产过程中很难精准控制。为此,利用金相显微镜、扫描电镜SEM、电子探针EPMA、夹杂物自动分析仪ASPEX等对超高Ti钢中第二相粒子的析出行为进行了研究分析。结果表明：超高Ti钢中第二相粒子主要有两种类型,一种为长条状形态的Ti+Mo+C粒子,另外一种为方形或三角形等规则形状的TiN粒子;连铸坯原始枝晶大小决定了第二相粒子分布的均匀性,原始枝晶尺寸越小,第二相粒子分布就越均匀,如果第二相粒子均匀分布在枝晶间,团簇状现象会减轻,因而需要对连铸工艺严格控制,以防止粗大的枝晶;第二相粒子析出过程中,Ti和N元素首先析出形成TiN相,然后Ti和Mo元素以含Mo的Ti+Mo+C粒子形式析出;Ti+Mo+C粒子析出方式有两种,一种是直接以先析出的TiN粒子为核心外延生长,另一种是单独析出形核长大。     

液-固扩散焊复合连接Ti(C,N)与40Cr的界面行为与接头强度

通过预置Ti/Cu非对称中间层对Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢进行了液-固扩散焊复合连接试验,重点研究了界面组织、接头强度及其影响因素.结果表明,通过预置Ti/Cu非对称中间层液-固扩散焊,能够分别实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔,以及铜箔与40Cr钢之间的冶金结合;Ti(C,N)基金属陶瓷界面物相呈梯度分布,形成Ti(C,N)基金属陶瓷/TiAl₂/Ti₂Cu/TiCu/铜箔结构;Ti(C,N)基金属陶瓷一侧靠近界面区域存在较大的焊接残余拉应力,以及脆弱的TiAl₂金属间化合物层,是制约焊接接头强度的关键因素;单纯以铜箔为中间层,采用常规固相扩散焊连接Ti(C,N)基金属陶瓷,即使在加热温度1223 K、压力20 MPa条件下,也难以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔的有效连接.     

(W,Ti,Ta)C复式碳化物对硬质合金组织结构的影响

采用高温碳管炉,制备了平均粒度约为1.1μm的(W,Ti,Ta)C复式碳化物粉末,并将其应用于WC-8%Co基硬质合金的制备。在1 450 C下,通过真空烧结分别制备了两组化学成分相同的WC-Co-(W,Ti)C-Ta C和WC-Co-(W,Ti,Ta)C、WC-Co-Ti CN-(W,Ti)C-Ta C和WC-Co-Ti CN-(W,Ti,Ta)C硬质合金。结合热力学计算和微观组织结构的实验表征,研究了(W,Ti,Ta)C复式碳化物对硬质合金显微组织结构的影响。结果表明:Ta的预固溶能显著提高(W,Ti)C的热力学稳定性;利用(W,Ti,Ta)C复式碳化物代替传统的(W,Ti)C和Ta C粉末后,立方相出现了"白芯"的"芯-壳"结构;同时,热力学稳定性较高的(W,Ti,Ta)C复式碳化物会明显降低梯度硬质合金的梯度层厚度。     

改性碳纤维含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和力学性能的影响

以Ti C、Ti N微米级粉末为主要原料,Ni、Co为金属粘结剂,添加改性短碳纤维(Cf)为增强相,采用无压结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,利用扫描电镜分析了Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织、断口形貌,通过维氏硬度法、三点弯曲法测试了Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度和抗弯强度。结果表明:碳纤维表面镀镍后,镍磷(Ni-P)镀层表面平整致密,均匀包覆于碳纤维表面,且镀层与纤维结合紧密;添加改性碳纤维后,Ti(C,N)基金属陶瓷断裂方式以穿晶断裂为主,断面整体起伏较大,断口形貌主要表现为大量穿晶断裂留下的大块硬质相颗粒,少量沿晶断裂留下的凹坑以及小块硬质相颗粒和粘结相金属塑性变形形成的撕裂棱;Ti(C,N)基金属陶瓷组织形貌具有典型的"芯-壳"组织结构;当碳纤维添加量为4wt%时,材料抗弯强度和硬度达到最大值,分别为386.42、33.96 GPa。     

V-5Cr-5Ti合金铸态组织中的第二相行为研究

采用XRD、OM、SEM和TEM对V-5Cr-5Ti合金铸态组织进行分析,研究第二相的行为。结果表明:采用真空电子束熔炼制备的V-5Cr-5Ti合金铸态组织具有粗大的晶粒,晶粒内部存在以层状第二相堆垛成树枝状为特征的成分偏析区;金属钒和铸态V-5Cr-5Ti合金的晶格常数分别为0.30316和0.30375 nm,V的单胞体积膨胀约0.58%;存在2种类型的第二相:(1)短条状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4182~0.4228 nm;(2)椭圆状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4186~0.4242 nm。V-5Cr-5Ti合金凝固过程中,首先Ti元素与C元素反应析出具有立方结构的亚稳间隙相(Ti_2C)或V元素与C元素反应析出具有hcp结构的亚稳间隙相(V_2C),随后原子发生相互取代,最终形成以Ti元素为主,V、Cr元素为辅,具有fcc结构的碳-氧-氮化物,化学式记为(Ti_2-CON)。     

基于正交试验和BP神经网络的Ti(C,N)基金属陶瓷成分及性能研究

本文针对真空烧结气氛下制备的Ti(C,N)基金属陶瓷,借助正交试验方法探究了黏结金属Co+Ni含量及Co/Ni比例、钨钼碳化物添加量及WC/Mo₂C比例、Ti(C,N)含量和钛钨固溶体添加比例等因素对金属陶瓷性能的影响。通过极差分析法确定了各因素对金属陶瓷性能的影响权重。研究表明黏结金属Co+Ni含量是影响金属陶瓷硬度的最主要因素,其次是黏结金属Co/Ni比例和钨钼碳化物添加量。黏结金属Co+Ni含量也是影响金属陶瓷断裂韧性的最主要因素。随后以正交试验的数据建立了BP神经网络预测模型,结合补充试验和模型修正获得了最优试验硬度HRA为91.6、断裂韧性K_IC为10.03 MPa·m^1/2,预测了Ti(C,N)基金属陶瓷最优成分组合下的HRA-K_IC(MPa·m^1/2)函数关系为：HRA=-0.71K_IC+98.5,同时还获得了在最佳硬度-断裂韧性组合下Ti(C,N)基金属陶瓷黏结金属Co+Ni含量、Co/Ni比例、钨钼碳化物添加量和WC/Mo₂     

硬质相比例含量对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响

本文采用真空烧结方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,结合光学金相显微镜、SEM以及力学性能检测等手段,研究了硬质相Ti(C0.5,N0.5)、(Ti39.8W46.9)C的比例含量对金属陶瓷微观性能、力学性能的变化规律。结果表明,经过真空条件1 450℃烧结60 min,不同比例硬质相的金属陶瓷微观组织均出现有明显的核芯/环形结构。随着硬质相(Ti39.8,W46.9)C含量增加,Ti(C0.5,N0.5)相含量减小,黑芯硬质相数量减小,环形相厚度增加,白芯硬质相增加。基体硬度逐渐降低而抗弯强度则逐渐增加,断裂韧性随白芯数量增加而有所提升。通过研究综合性能,当硬质相Ti(C0.5,N0.5)和(Ti39.8W46.9)C的质量分数比例分别为29.6%及29.5%,力学性能最佳,硬度达到92.2±0.3 HRA,抗弯强度为2 050±50MPa,断裂韧性为10.2±0.2 MPa·m1/2。     

00Cr16Sn超纯铁素体不锈钢焊接接头腐蚀性能

采用脉冲钨极氩弧焊工艺,对含锡超纯铁素体不锈钢母材和焊缝的腐蚀性能进行研究.结果表明,焊缝能够获得与母材相当的耐腐蚀性能.含锡超纯铁素体不锈钢通过添加双稳定元素Ti和Nb,形成第二相Ti(C,N)和Nb(C,N),即使在焊接热循环的作用下,未熔解的Ti(C,N)和Nb(C,N)仍然起到细化铁素体晶粒和第二相强化的作用;添加微合金元素Sn,使得冷轧态的母材和焊接接头的耐腐蚀性能均得以提高,并且在焊接接头组织中的锡与Ti(C,N)和Nb(C,N)在晶界形成偏聚的竞争机制,从而得到耐腐蚀性能与母材相当的焊缝组织.     

铝热法制备TiC/TiB_2-FeNiCr复合材料

采用铝热法原位合成出了含Ti C颗粒、Ti C-Ti B2复相陶瓷颗粒增强相体积分数较高的Ti C/Ti B2-Fe Ni Cr复合材料。利用电子探针分析(EPMA)仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)仪等手段研究了该复合材料的显微组织和相结构,同时利用显微硬度仪测量了该复合材料的硬度,利用摩擦磨损试验机测量复合材料的耐磨性能。结果表明,Ti C/Ti B2-Fe Ni Cr复合材料由Ti C颗粒、Ti C和Ti B2复相陶瓷颗粒、针状Cr7C3相,Ni Al相和α-Fe Ni Cr合金基体相组成。复合材料的硬度(HV)为13132.5 MPa。复合材料施加载荷20 N,磨损1 h后的失重为4.2 mg;而45#钢在相同条件下的失重量为13 mg,是复合材料的3倍。