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.     

烧结气氛对Ti(C,N)-8%Mo2C-8%NbC-4%Co-12%Ni金属陶瓷微观组织与性能的影响

采用真空和氩气、氮气+氩气混合气氛烧结三种工艺制备出Ti(C,N)-8%Mo₂C-8%NbC-4%Co-12%Ni金属陶瓷样品。利用光学显微镜、扫描电镜对合金微观组织结构特征进行观察与分析,并对比三种不同工艺气氛制备的金属陶瓷刀片的耐磨性能。实验结果表明：三种不同烧结气氛制备的金属陶瓷样品微观组织结构均存在金属陶瓷典型的“核-壳”结构,内部物相组织相同;真空烧结工艺制备出的金属陶瓷样品孔隙高、硬度低;氮气+氩气混合气氛烧结制备出的金属陶瓷刀片的耐磨性最优,表面存在一层富钛组织,其密度为6.63 g/cm³,维氏硬度HV₃₀为1610,断裂韧性9.2 MPa·m^1/2,抗弯强度1 830 MPa。     

烧结气氛对Ti(C,N)基金属陶瓷刀具微观组织、力学及切削性能的影响

通过不同烧结气氛制备出Ti(C,N)基金属陶瓷,采用光学金相显微镜、SEM、EDS与标准化仪器研究了Ti(C,N)基金属陶瓷在不同烧结气氛下的微观组织变化与力学性能;制备出金属陶瓷刀具进行切削试验。结果表明:固液阶段为真空烧结所制备出的金属陶瓷微观结构中的黑芯硬质相含量较小而灰色环形相厚度较大。氮气气氛下烧结的环形相厚度减薄,黑芯硬质相数量明显增多且粒度均匀,基体芯部及表层的微观组织存在较大差异。氩气气氛烧结的微观组织与真空条件下相似。氮气气氛烧结的试样的硬度呈现出自芯部至表层连续递增的梯度变化,真空、氩气烧结则无差异;氮气、氩气气氛烧结的抗弯强度高于真空烧结的。氮气气氛烧结的试样力学性能最佳,表层硬度92.5 HRA,抗弯强度为2 190 MPa,断裂韧性为9.6 MPa·m1/2。连续干式切削试验表明,氮气气氛烧结的金属陶瓷刀具的前刀面月牙洼磨损及后刀面磨损相对于真空、氩气气氛烧结的有所降低。     

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.     

Ti(C,N)基金属陶瓷制备工艺研究

实验采用日本新金属公司的TiC0.7N0.3,TiC0.5N0.5两种原料粉末,比较在不同制备工艺条件下,Ti(C,N)基金属陶瓷材料的力学性能。结果表明,原料、湿磨工艺、烧结工艺、烧结后的低压热等静压显著影响合金的力学性能及金相组织。     

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。     

Ti(C,N)基金属陶瓷在烧结-热等静压条件下的组织、性能研究

用真空烧结和烧结 -热等静压两种方法制备了不同粘结相含量的 Ti(C,N)基金属陶瓷 ,并对合金的组织和性能进行了对比分析。结果表明 :与真空烧结相比 ,烧结 -热等静压有效降低了合金的孔隙度 ,因而使合金的横向断裂强度有较大幅度的提高 ,硬度也稍有提高 ;对于本试验所采用的 Ti(C,N)基金属陶瓷 ,烧结 -热等静压处理温度为142 0～ 145 0℃时 ,合金可获得好的组织、性能。本文还对烧结 -热等静压能有效改善 Ti(C,N)基金属陶瓷组织、性能的原因进行了探讨。     

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。     

稀土元素Y对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响

研究了稀土元素 Y对 Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和性能的影响。 Y在 Ti(C,N)基金属陶瓷中可以起到净化粘结相 /硬质相界面的作用 ,并使其包覆层的厚度略有增加 ,从而使硬质相颗粒得到细化。当 Y含量为 0 .8wt%时细化效果最明显 ,此时 Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度值最大。     

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。     

烧结工艺和粘结相对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织的影响

采用真空烧结法制备了高密度Ti(C,N)基金属陶瓷,通过SEM和EDS等分析手段分别研究了烧结工艺参数和粘结相成分对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和断口形貌的影响.结果表明:经1220℃保温2h处理后的试样显微组织致密,气孔少,具有典型的“芯-环”结构且分布均匀,其断口形貌呈现出较多的韧窝和发达的撕裂棱,断口整体较为致密、层次感较强;在相同的烧结工艺下,粘结相成分为10％Ni5％Co的Ti(C,N)基金属陶瓷组织致密、晶粒细小,粘结相分散更加均匀,断裂方式主要是沿晶断裂,伴有大量断裂韧窝和发达的撕裂棱的出现.高含量Co替代Ni的Ti(C,N)基金属陶瓷试样断口形貌较为平整、发亮,具有穿晶断裂特征.     

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)。     

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的研究

采用纳米Ti(C，N)粉末制备Ti(C，N)基金属陶瓷，研究了纳米粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明，粉末冶金过程中，纳米Ti(C，N)粉末易于在粘结相中扩散与溶解及沿晶界分布，降低了硬质相在粘结相中的溶解度，抑制了晶粒长大，提高了材料的红硬性能。抗弯强度与晶粒尺寸满足于Hall-Perch公式，5wt％～l0wt％的纳米粉末加入量可使金属陶瓷的抗弯强度和切削性能得到较大的提高，但硬度变化不大。切削磨损主要表现为磨粒磨损和轻微的粘着磨损，磨痕细小均匀。     

粉末渗硼处理对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响

通过真空烧结方法制备纳米改性的Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行固体粉末渗硼处理。研究了渗硼处理对纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响。采用光学显微镜、SEM、XRD以及EDS等方法对组织结构进行研究,用带有刻度的显微硬度计观察渗硼层的厚度并测量显微硬度,利用DCS-5000型万能材料实验机采用三点弯曲法测试试样抗弯强度。结果表明,试样表面获得约30μm厚的渗硼层,组成成分为TiB2、MoB2、CoB和Ni3B等硼化物,渗硼试样的表面显微硬度提高43%,但抗弯强度有所下降。     

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。     

氮化处理对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响

介绍了Ti（C,N）基金属陶瓷材料高温高压氮化处理制备硬质梯度薄膜技术.采用金相显微分析、X衍射分析及电子探针线扫描等方法对真空烧结体及高温高压氮化处理的金属陶瓷材料做了分析和比较.结果发现：经过高温高压氮化处理后的金属陶瓷在表面形成了一层金黄色的TiN薄膜;孔隙度和密度的测试结果显示金属陶瓷材料变得更加致密,材料的致密以及缺陷的减少使得金属陶瓷的显微硬度大大提高;电子探针线分析的结果表明金属陶瓷中主要合金元素发生了重新分布,而且从表面到心部形成了浓度梯度.并从热力学角度对其形成机理做了解释.     

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。     

粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷制备工艺及其组织性能的影响

综述了粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷过程中粉末粒度的作用,以及其对材料最终组织性能的影响;并指出了原始粉末粒度与细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷制备工艺的关系及其研究意义。     

原始粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响

采用粉末冶金方法制得四组不同粒度组合的Co-WC-Ti(C,N)金属陶瓷材料。对其室温力学性能进行测量,并采用XRD,SEM,EDX等方法对材料的相结构,显微组织等进行分析。研究表明,主要硬质相粒度的改变使相结构出现了一定程度的变化;以亚微米TiC为原始粉末细化了金属陶瓷组织中的晶粒;以纳米TiN为原始粉末使得晶粒大小趋向一致,分布均匀,并在一定程度上细化了晶粒;当TiC、TiN原始粉末分别为亚微米、纳米尺寸时,材料的综合力学性能最好。