TiC含量对PCBN微观组织与力学性能的影响

以TiC作为陶瓷结合剂,采用高温高压真空烧结技术研究了TiC含量对PCBN微观组织结构及力学性能的影响。结果表明:在烧结过程中,CBN与结合剂中的TiC、Al发生了反应,生成了新的物相。生成的TiB_2、AlB_(12)、TiN为硬质相,对PCBN烧结体的硬度和耐磨性有一定的提高作用,生成的AlN、AlB_2对其抗冲击性能和导热性有很大帮助。当TiC、Al、Co质量分数分别为10%、10%、5%时,烧结体的致密性和硬度最优。     

立方氮化硼用量及粒度对其同钛铝碳结合剂的反应程度的影响

为研究CBN用量对Ti₃AlC₂结合剂CBN复合材料的影响,使用不同质量配比的Ti3AlC2粉体和CBN粉体通过放电等离子体烧结的方式制备试样,并对比其物相组成和显微形貌。结果表明:当CBN质量分数为10%时,试样的主相为Ti₃AlC₂、CBN和TiC;当CBN质量分数为20%~40%时,生成了TiC、TiN、AlN、TiB₂等物相。另一方面,当CBN质量分数为10%和20%时,CBN表面会形成厚约10 μm的过渡层;当CBN质量分数为30%和40%时,CBN与基体间没有过渡层。若选用粒度尺寸为10 μm的CBN（质量分数为10%）进行烧结,则复合材料中出现许多气孔,基体主相为TiC等轴晶粒且在CBN表面形成厚度1~2 μm的过渡层。CBN质量分数越大或粒度尺寸越小,其同Ti₃AlC₂的反应越充分、过渡层越薄。      

Effects of CBN content on characteristics of PCBN composites in turning GCr15 hardened steels

Well-sintered polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) composites with different contents of cubic boron nitride (CBN) were obtained using Al and TiN as additives under pressure of 5.5 GPa and temperature of 1450 ℃. The network structure of CBN grains and bonding materials was observed using scanning electron microscope (SEM). With the help of X-ray diffraction (XRD) analysis, TiB₂ and AlN could be determined as main products and Al₃Ti also was detected in the Al-rich samples after sintering process. Furthermore, it was shown that Vickers hardness of composites was improved with the increase of CBN contents. However, the lifetime of PCBN composites was in negative correlation with the amount of CBN in turning GCr15 hardened steels, and the surface roughness of workpieces machined by these PCBN composites also showed the same trend. A series of cutting data confirmed that the low CBN content in PCBN composites could enhance the working durability and improve the surface quality in turning hardened steels. The present experiments also indicated that the lowest value of flank wear was not constant for different PCBN composites when they were used to machine several workpieces with different hardness.      

Al3Ti/A356复合材料微观组织及力学性能研究

采用原位铸造法将Al₃Ti颗粒与铝基体复合可制备出高比强度的Al₃Ti/Al复合材料。原位Al₃Ti相易生成大尺寸长杆状颗粒且易团聚，降低熔体铸造性能并造成铸造缺陷。将超声处理工艺与原位铸造法结合，借助超声的空化和声流效应可有效分散并细化Al₃Ti颗粒，从而制备出组织均匀及性能优异的Al₃Ti/Al复合材料。本文以Al和K₂TiF₆为反应体系，通过超声辅助熔盐法制备出10%Al₃Ti/Al(质量分数)中间合金，在此基础上采用超声辅助重熔稀释法可制备出组织均匀及力学性能良好的5%Al₃Ti/A356(质量分数)复合材料，并对其微观组织和力学性能进行分析。结果表明，向A356基体中加入5%(质量分数)Al₃Ti，能够显著细化晶粒，α-Al平均晶粒尺寸从250μm细化为135μm，降低了46%;T6热处理态复合材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为232MPa、287MPa、...     

PCBN烧结体中TiN_(0.3)/AlN与CBN的界面关系研究

针对传统结合剂的PCBN超硬刀具材料在无液干切削过程中存在耐热性不足、软点等问题,采用非化学计量比TiN0.3与AlN为结合剂的方法制备PCBN。使用SEM、XRD、EDS、DIL膨胀仪及硬度测量设备,对样品的抛光表面和断口进行观察,样品相组成分析,界面处的元素分布,膨胀系数及硬度等方面的分析,讨论TiN0.3与CBN及TiN0.3/AlN与CBN表面的结合状态,分析TiN与CBN热膨胀系数的差异,及这种差异对烧结体组织的影响。引入AlN减轻膨胀系数的影响;通过CBN表面镀钛,使TiN0.3、TiN0.3/AlN与CBN更好结合。分析CBN表面区域与TiN0.3、TiN0.3/AlN的生成物,并且分析这些生成物在PCBN中的作用。     

烧结压力对整体PCBN刀具微结构与性能的影响及作用机理

将粒度尺寸5 μm的CBN微粉与黏结剂Al的混合粉末在国产六面顶压机上高压烧结制备整体PCBN材料,通过对样品磨耗比、显微硬度的测试与分析获得了较优的烧结工艺参数:烧结压力5.4 GPa、烧结温度1500℃和烧结时间240 s。测得样品的显微硬度为3897HV5（加载时间15 s）,磨耗比为8750。SEM、TEM观察和XRD衍射分析表明:提高烧结压力可使CBN颗粒产生一定的塑性流动,抑制烧结过程中CBN颗粒表面逆转成hBN;黏结剂Al可与CBN颗粒表面反应形成中间产物AlN和AlB₂,在CBN颗粒之间形成牢固的陶瓷中介结合,并消除CBN烧结过程中残余的hBN,从而提高整体PCBN刀具的性能。      

原位TiB2增强铝基复合材料的时效行为及性能演变

通过对比原位TiB₂颗粒增强铝基复合材料和基体合金的时效行为,研究了TiB₂颗粒对时效行为的影响以及颗粒促进时效沉淀的机制。此外,还研究了时效过程中TiB₂/Al-4.5Cu复合材料和基体合金的拉伸性能和硬度的变化。结果表明,TiB₂颗粒加速了复合材料的时效过程,同时TiB₂颗粒附近的高密度位错导致了Al₂Cu相的不均匀析出。相较于基体合金,TiB₂/Al-4.5Cu复合材料的峰时效时间由20 h缩短至8 h。复合材料力学性能随时效时间的变化可以分为2个阶段,这与Al₂Cu析出相的变化具有良好的一致性。复合材料的屈服强度比时效前提高了24%,比时效的基体合金提高了82%。     

Al2O3/TiB2/Al复合材料的微观结构和高温力学性能

以细雾化铝粉和TiB₂颗粒为原料,通过粉末冶金和热轧制制备微米TiB₂和纳米Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。室温时,由于TiB₂和Al₂O₃的综合强化作用,Al₂O₃/TiB₂/Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为258.7 MPa和279.3 MPa,测试温度升至350℃时,TiB₂颗粒的增强效果显著减弱,原位纳米Al₂O₃颗粒与位错的交互作用使得复合材料的屈服强度和抗拉强度达到98.2MPa和122.5 MPa。经350℃退火1000 h后,由于纳米Al₂O₃对晶界的钉扎作用抑制晶粒长大,强度和硬度未发生显著的降低。     

电弧熔炼Ti6Al4V/B4C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B₄C的Ti6Al4V/B₄C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析. 结果表明,电弧熔炼过程B₄C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB₂相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B₄C质量分数为10%时生成块状TiB₂,并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_xC_y)聚合物. 原位反应生成的TiB₂可显著提高钛基复合材料的显微硬度. 当B₄C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1 990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1 034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B₄C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂.     

不同黏结剂组分整体PcBN烧结及性能研究

本文运用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度计,分别研究了不同黏结剂的PcBN的微观组织结构、物相、显微硬度及密度/相对密度。分析表明,相同cBN粒度、含量的情况下,AlN及TiN相的存在可有效提高样品硬度,新物相的生成及孔隙的存在对样品的相对密度有较大影响,使用TiN/Al黏结剂的刀片样品S1中只有新相TiB2生成,且烧结较致密,相对密度最大。相同切削参数时,S1刀片后刀面磨损量最小,耐磨性最好,硬度最高;使用AlN/TiN/Al的S2刀片的耐磨性次之;黏结剂组分较多的S3样品的耐磨性最差。切削参数的选择上宜取高切削速度低进给量。     

Microstructure and Mechanical Properties of Cu Matrix Composites Reinforced byTiB2/TiN Ceramic Reinforcements

Cu matrix composites reinforced by TiB₂/TiN ceramic reinforcements (Cu/TBN composites) were prepared by hot pressing method. Prior to the hot pressing, Cu/TiB₂/TiN composite powders (CTBN powders), which were used as the starting materials of Cu/TBN composites, were fabricated by self-propagating high-temperature synthesis method. The CTBN particles were found to be in a special core-shell structure with a Cu-Ti alloy core and a TiB₂/TiN ceramic shell. The test results presented obvious improvements in mechanical properties. The highest ultimate tensile strength reached up to 297 MPa, 77 MPa higher than that of Cu. And the highest hardness reached up to 70.7 HRF, 15.7 HRF higher than that of Cu. A comparative study indicated that the core-shell structured particles could bring about more obvious strengthening effect than the traditional irregularly shaped particles, which was due to the improved Cu/ceramics interfacial bonding, the linkage strengthening effect of both TiB₂ and TiN, and higher load bearing ability of the core-shell structured reinforcements.     

Microstructure and mechanical properties of mechanically alloyed and spark plasma sintered amorphous–nanocrystalline Al65Cu20Ti15 intermetallic matrix composite reinforced with TiO2 nanoparticles

Multiphase Al₆₅Cu₂₀Ti₁₅ intermetallic alloy matrix composite, dispersed with 10 wt.% of TiO₂ nanoparticles, has been processed by mechanical alloying, followed by spark plasma sintering under pressure in the temperature range of 623–873 K. Differential scanning calorimetry and X-ray diffraction suggest that equilibrium crystalline phases evolve from the amorphous or intermediate crystalline phases. Transmission electron microscopy shows that the composite sintered at 873 K has partially amorphous microstructure, with dispersion of equilibrium, crystalline, intermetallic precipitates of Al₅CuTi₂, Al₃Ti, and Al₂Cu of 25–50 nm size, besides the TiO₂. The composite sintered at 873 K exhibits little porosity, hardness of 5.6 GPa, indentation fracture toughness in the range of 3.1–4.2 MPa√m, and compressive strength of 1.1 GPa. Indentation crack deflection by TiO₂ particle aggregates causes increase in fracture resistance with crack length, and suggests R-curve type behaviour. The study provides guidelines for processing high strength amorphous–nanocrystalline intermetallic composites based on the Al–Cu–Ti ternary system.     

固溶处理对TiB2/6061复合材料硬度及耐磨性的影响

采用氟盐法制备了TiB₂质量分数为3%的原位合成TiB₂/6061复合材料,研究了固溶温度和固溶时间对复合材料硬度和耐磨性能的影响。结果表明:TiB₂颗粒弥散分布在6061铝合金基体中,明显细化6061铝合金基体晶粒。当固溶温度一定时,随固溶时间延长,复合材料的硬度和耐磨性可获得明显提高,但固溶时间在6~10 h时,复合材料的性能变化不显著。当固溶时间一定时,随固溶温度升高,复合材料硬度和耐磨性呈现先上升后下降的趋势。3wt%TiB₂/6061复合材料经530 ℃×10 h固溶处理后,硬度和耐磨性能最佳,相较于铸态硬度值提高了79.5％,磨损量减少了59.1%。固溶处理后复合材料的磨损表面犁沟变细变浅,材料脱落现象减少。     

基于Ti中间层的B4C复合陶瓷扩散连接接头界面微观组织与力学性能

碳化硼(B₄C)复合陶瓷以其高硬度、高熔点、良好的耐磨性以及吸收中子能力的特性,广泛应用于制造防弹装甲材料,原子反应堆控制以及耐磨耐高温结构材料等领域.文中采用中间层Ti箔对碳化硼复合陶瓷(B₄C-SiC-TiB₂)进行扩散连接,研究了连接温度对连接界面组织及接头力学性能的影响.结果表明,在连接温度1300 ~ 1450 ℃下成功扩散连接了B₄C-SiC-TiB₂复合陶瓷,Ti与B₄C反应生成TiB₂和TiC.随着连接温度的升高,反应层变厚,而过厚的反应层会对接头的性能造成不利影响.在连接温度1300 ℃时,反应层的平均厚度约为5 μm,此时获得较高的接头抗剪强度100 MPa;在连接温度1450 ℃时连接层基本为TiB₂和TiC陶瓷相,此时扩散连接接头可以获得较高硬度(25.4 GPa).     

PCBN刀具高速切削淬硬钢材料的研究

以PCBN复合片为刀具材料进行相关力学性能分析,并将其制成SNGN120408型刀具后在刀具机床上进行淬硬钢切削试验.分析结果表明:PCBN复合片的结合剂主要为TiN和TiB2,其内部结构均匀,且有良好的致密性.切削试验表明:在干式切削淬硬钢的试验中,切削进给量以及切削速度对PCBN刀具的磨损有较为明显的影响.相比于切...     

初始材料中Al含量对CBN复合片烧结行为的影响

探索了以Al作为烧结助剂,压力为5.0 GPa,烧结温度在1 400℃情况下,初始材料中Al的含量对CBN复合片中反应机理和机械性能的影响。通过对CBN基复合片的硬度、微观形貌以及物相的分析,发现CBN和Al的反应、以及CBN复合片的机械性能严重依赖于初始材料中A l的含量。除次之外,本文首次采用晶格常数精确计算来分析了化学反应中B原子去向。实验结果表明:当初始混合粉末中Al的含量不超过15%时,复合片的微观结构都比较均匀,硬度都超过30 GPa。含15%A l的样品具有最好的切削性能。