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。     

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。     

Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料的力学性能与微观结构

采用真空热压工艺制备了添加纳米ZrO2和微米WC的Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料,并研究了材料的力学性能与微观结构。结果表明:在纳米ZrO2添加量为5%、微米WC添加量为9.6%(质量分数,下同)时,Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料的综合力学性能较好,抗弯强度为1014MPa,断裂韧性为7.25MPa·m1/2,硬度为15.57GPa,其抗弯强度和断裂韧性比未添加纳米ZrO2与微米WC的Ti(C,N)基金属陶瓷材料分别提高了3.5%和18.1%。材料断裂模式为以穿晶断裂为主的穿晶/沿晶断裂混合模式。"晶内型"纳米结构弥散增韧、纳米ZrO2相变增韧以及裂纹桥联、裂纹偏转是其主要的增韧补强机理。     

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。     

Mo_2C对Ti(C,N)基金属陶瓷腐蚀性能的影响

通过静态浸泡腐蚀和动电位极化两种方法,研究了Mo2C对Ti(C,N)基金属陶瓷在NaOH溶液中腐蚀性能的影响。实验结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷的耐蚀性明显优于WC-Co硬质合金;添加Mo2C可以大幅度提高Ti(C,N)基金属陶瓷的机械性能,硬度从91.2到94.0 HRA和抗弯强度从930到1 350 MPa,但会降低金属陶瓷的耐蚀性能;由于Mo2C的加入,会使金属陶瓷的动电位极化曲线出现两个钝化区,但是两个钝化区域的电流均未达到真正的钝化电流(10-5A/cm2),因而这些钝化现象均为伪钝化;在经动电位极化后的试样表面,粘结相Ni和白色的内环相均会被腐蚀,其中内环相为富Mo的(Mo,Ti)(C,N)固溶体,其耐腐蚀性较未溶的Ti(C,N)芯更差。随着Mo2C添加量的提高,内环形相的厚度随之会增加,从而降低了Ti(C,N)基金属陶瓷的耐蚀性能。     

金属陶瓷颗粒尺寸与WC含量对双结构Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响（英文）

研究了原始金属陶瓷颗粒尺寸和WC添加量对双结构Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷颗粒在基体中均匀分布。随着WC含量的增加,基体上的白芯/灰壳和无芯组织逐渐增多。此外,还发现了一种具有四层复合结构的新相。随着颗粒尺寸的增加,断裂韧性增加,而抗弯强度和硬度呈相反的趋势。随着WC含量的增加,断裂韧性和断裂强度增加,硬度降低。双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的主要韧化机理是裂纹分叉、桥接、偏转以及主裂纹尖端附近微裂纹的形成和颗粒的拔出效应。     

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。     

Mo_2C对Ti(C,N)基金属陶瓷冲刷腐蚀性能的影响

采用传统的粉末冶金烧结工艺制备了4组不同Mo2C含量的Ti(C,N)基金属陶瓷。用洛氏硬度计、金相显微镜和三点弯曲法分别测得试样的硬度、孔隙度及抗弯强度。通过观察发现Ti(C,N)基金属陶瓷的组织呈现典型的芯-环结构,并随Mo2C含量的增加,组织细化明显。对冲刷腐蚀后的试样表面采用SEM、EDS等方式进行研究测试,结果发现Mo2C能提高金属陶瓷的抗冲刷腐蚀性能,但添加过多会降低该性能。     

WC/Mo_2C比例对金属陶瓷组织和性能的影响

研究了不同WC/(WC+Mo_2C)值对TiCN-WC-Mo_2C-Co-Ni金属陶瓷组织和性能的影响。通过分析SEM组织照片发现,随WC/(WC+Mo_2C)值的增大,金属陶瓷的组织有黑芯硬质相减少、白芯硬质相增多的明显趋势。XRD图谱显示,添加Mo_2C后组织中会出现一种与TiCN晶格常数差异稍大的(Ti,M)(C,N)物相,且其衍射强度随Mo_2C比例的增加而提高。WC/(WC+Mo_2C)值对金属陶瓷的硬度影响很小,采用纳米压痕仪测量了富Ti黑芯硬质相和富W白芯硬质相的纳米硬度值,二者硬度处于同一水平。金属陶瓷的断裂韧性随WC/(WC+Mo_2C)值的增大明显上升,观察裂纹扩展特征发现,这是因为富W白芯硬质相易于使裂纹发生偏转,抗裂纹扩展能力明显优于黑芯-灰环硬质相。     

纳米TiN复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变

本文采用XRD与SEM对纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变进行了研究,结果发现:对于缺碳体系,Mo在800℃即可以夺取TiC中的C,生成Mo2C;1 000℃时开始生成Ni2(Mo,W,Ti)4C相,其含量在1 250℃时达到最大,随着温度的进一步升高而部分分解并进入Ti(C,N)晶格,生成非化学计量的(Ti,Mo,W)(C,N),导致Ti(C,N)的相对含量升高,晶格常数减少。纳米TiN与亚微米TiN相比并没有显示出更高的烧结活性。当添加适量的C时,纳米TiN复合的Ti(C,N)基金属陶瓷与同一体系的亚微米金属陶瓷烧结过程中的相变规律基本相同。     

Ti（C，N）基金属陶瓷超微粉在不同液体介质中的分散性研究

对Ti(C，N)基金属陶瓷硬质相粉末TiC，TiN和WC的分散行为进行了研究。探讨了不同液体介质和不同表面活性剂对硬质相粉末分散的影响，结果表明：以蒸馏水作液体介质优于以无水乙醇作液体介质；对TiC，TiN粉末，选用聚氧乙烯十二烷基醚作为分散剂具有较好分散效果，而对WC粉末，聚乙二醇是较好的分散剂。     

Structures and properties of TiAlCrN coatings deposited on Ti(C,N)-based cermets with various WC contents

In this paper, the Ti(C,N)-based cermets with various WC contents were used as the substrates of TiAlCrN coatings. The influence of WC addition on the structures and properties of the coatings was investigated. Besides, cutting tests on the coated cermet inserts were conducted under different conditions. The results indicated that the cermet substrates with finer grains provided more nucleation to the coatings. The grain size of the coating decreased with increasing WC contents in the substrate. W diffused from the substrates to coatings, which deteriorated the adhesion between TiAlCrN coatings and the cermet substrates. The coated cermet inserts presented better cutting performance, when WC was added to the substrates. However, the cutting performance of the coated cermet inserts was weaken when the addition of WC was more than 10 wt%.     

Cr_3C_2对纳米TiN改性Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了添加0%～2.5%（质量分数）晶粒长大抑制剂Cr3C2对纳米TiN改性的Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,添加Cr3C2后,Ti（C,N）基金属陶瓷的晶粒显著细化,抗弯强度也得到提高。Cr3C2添加量为1%时,抗弯强度达到最大值1407 MPa;添加适量Cr3C2可提高材料的硬度和断裂韧度,添加量为1.5%时,维氏硬度达到最大值15.8 GPa,添加量为1%时,断裂韧度达到最大值10.7 MPa.m1/2。     

Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削性能

利用真空烧结工艺和表面氮化处理工艺制备纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷可转位刀片和功能梯度可转位刀片,并对刀片的切削性能进行分析。结果表明:切削正火态45#钢、淬火态45#钢和奥氏体不锈钢时,与YT15、YG8、TN20相比,制备的刀具皆表现出较优的切削性能和较高的耐磨性,表面经氮化处理后,刀具的表面硬度提高了HRA2.2,大幅度提高了刀具的抗热冲击性能。具有梯度结构的金属陶瓷刀片切削正火钢、铸铁和不锈钢时的切削性能比无梯度结构金属陶瓷刀片的切削性能优良,具有更高的耐磨性。     

渗硼对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纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷,并用固体粉末法对其进行了渗硼处理。研究了渗硼处理对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织以及抗弯强度和硬度的影响。结果表明:渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷中生成了CoB、TiB2、MoB2和石墨相。金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成,厚度为100～140μm。硼化物层主要由CoB组成,扩散层含有较多孔隙,基体区存在富硼的渗硼影响区,影响区具有与Ti(C,N)基金属陶瓷近似的微观组织,但金属相含量较少。渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度降低,主要是由材料中产生的热应力、组织应力以及组织变化引起的。Ti(C,N)基金属陶瓷的表面硬度提高48.7%。在由渗硼层表面向内部100～140μm范围内,硬度呈下降趋势。     

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.     

Effect of WC on the microstructure and mechanical properties of nano Ti(C,N)-based cermets

In this paper, nano Ti(C,N)-based cermets with different WC additions were prepared by conventional powder metallurgy techniques. The microstructure of nano cermets was investigated by scanning electron microscope (SEM). The results showed that there existed three kinds of “core–rim” structure in nano cermets, i.e., “black core–white rim”, “white core–gray rim” and “gray core–white rim” structures. With the increase of WC addition, there were more “white core–gray rim” and “gray core–white rim” grains. The amount of the abnormal growth grains decreased and the grains became more homogeneous with the WC addition. The lattice parameter of Ti(C,N) would increase with the WC addition. The mechanical properties of nano cermets were also improved with the increase of WC addition.