NiMo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与力学性能

本文通过粉末冶金法制备Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究Ni Mo粘结相含量和烧结温度对Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和力学性能的影响。结果表明,随着Ni Mo粘结相含量的增加,硬质相颗粒弥散分布更加均匀,黑芯相得到细化,芯-环结构更加完整,环形相变厚,组织更加均匀。当Ni质量分数为30%时,在XRD图谱中出现明显的Ni4Mo类型的金属间化合物的衍射峰。粘结相含量越高,Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度越高,硬度越低。随着烧结温度升高,黑芯相尺寸变小,环形相变厚。抗弯强度随着温度先升高后降低,粘结相含量越高,抗弯强度峰值对应的烧结温度越低。1 430℃烧结的20Ni Mo金属陶瓷硬度HRA达到91,抗弯强度大于2 000 MPa。     

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%。     

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。     

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。     

烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织及力学性能的影响

采用真空烧结制备了Ti(C,N)-Mo-Ni金属陶瓷,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和维氏硬度计研究了烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的提高,粘结相逐渐从块状向网状转变,当烧结温度达到1450℃时,网状粘结相基本形成。1450℃是敏感烧结温度,在此温度,硬质相颗粒开始发生异常长大,且存在尖角硬质相颗粒,尖角的硬质相颗粒易发生穿晶断裂,降低材料的断裂韧性。当烧结温度高于1450℃,硬质相颗粒尺寸逐渐趋于均匀,硬质相颗粒尖角钝化。在1510℃烧结的样品具有较好的显微组织和力学性能,维氏硬度达到1700 HV30,断裂韧性KIC达到8.56 MPa·m~(1/2)。     

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。     

氮含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织与磨粒磨损行为的影响

采用真空烧结方法制备了4种氮含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,测试了试样的抗弯强度、硬度、断裂韧性等力学性能,用扫描电镜、能谱仪等研究了N含量对其显微组织及磨粒磨损行为的影响。结果表明:在一定范围内随N含量的增加,硬质相芯部逐渐细化且分布均匀,环形相厚度变薄、体积分数减小;磨粒磨损形貌中犁沟所占的比例减少,微观脆性断裂形成的凹坑增加,耐磨粒磨损性能逐渐提高。随N含量增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度呈现出先增加后减小的趋势,断裂韧度逐渐递减,硬度变化不大。当N含量为3.6%时(文中含量均为质量分数),Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最佳,其抗弯强度为1 873 MPa,硬度为89.9 HRA,断裂韧度为20.7 MPa.m1/2。     

纳米TiN改性Ti（C, N）基金属陶瓷的组织和性能

采用真空烧结法制备纳米TiN改性的Ti（C, N）基金属陶瓷,研究不同金属相对纳米改性Ti（C, N）基金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明：除经典的黑芯/灰壳组织外,添加纳米TiN的金属陶瓷在黑芯内还出现灰芯结构;纳米TiN主要分布在陶瓷相颗粒的晶界处;相对于未添加纳米TiN的金属陶瓷,添加纳米TiN粉末能明显提高金属陶瓷的抗弯强度、硬度与断裂韧性;对纳米TiN改性的金属陶瓷而言,金属相Ni能提供更好的抗弯强度与断裂韧性,而金属相Co则能带来更高的硬度。     

细晶粒TiCN-Co金属陶瓷的显微结构与力学性能

采用纳米TiN、亚微米TiC和Mo等原材料,以金属Co作为粘结剂,利用真空烧结技术制备了细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷材料,研究了所得金属陶瓷的显微结构和力学性能.结果显示:金属陶瓷的组织中有黑芯.灰壳结构和白芯.灰壳结构;Mo的加入使金属陶瓷的显微组织细化,当Mo的加入量为15%时,硬质相颗粒粒径小于lyre;15%的Mo加入量所得的细晶粒金属陶瓷与未加入Mo的金属陶瓷比较,其抗弯强度增加,硬度变化不明显,密度和断裂韧性降低.     

纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷的抗热震性能

为研究不同粘结相对纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响,真空烧结制备了粘结相质量分数分别为20%Ni、10%Co-10%Ni和20%Co的Ti(C,N)基金属陶瓷。采用扫描电镜研究了材料的组织,并测量了力学性能。采用压痕-急冷法主要研究了其抗热震性能,结果表明,随着温度的升高和热循环次数的增加,裂纹增长,粘结相为Ni的金属陶瓷的抗热震性优于粘结相为Co的金属陶瓷。显微照片表明,裂纹主要沿硬质相/粘结相界面及粘结相扩展。     

Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法真空烧结制备了添加Ni-Ti形状记忆合金的Ti(C,N)-Co系金属陶瓷,研究了Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:未加Ni-Ti合金的Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织表现为经典的黑芯-灰壳组织,陶瓷相多为球形;而加入Ni-Ti后的金属陶瓷随着Ni-Ti加入量的增多,组织逐渐细化,出现了多边形的陶瓷相,陶瓷相与粘结相的界面呈现直线关系。同时,金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性随着Ni-Ti合金加入量的增多有明显的提高,而硬度基本保持不变;Ni-Ti合金的加入量为15wt%时金属陶瓷获得最好的力学性能。     

烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)金属陶瓷组织结构和性能的影响

以(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷材料为研究对象,研究烧结温度对金属陶瓷的成分、微观组织和力学性能的影响,初步探讨成分、微观组织与材料强度的关系.结果 表明:烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷组织特征有显著的影响;合金的总碳含量随着烧结温度的提高而降低,当...     

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。     

ZrC含量对TiC基金属陶瓷组织和性能的影响

真空烧结制备了TiC-ZrC-Co-Ni系金属陶瓷,研究了ZrC对TiC基金属陶瓷显微组织和室温力学性能的影响。结果表明:未加ZrC的TiC基金属陶瓷的显微组织表现为经典的黑芯-灰壳组织,硬质相形状多为球形;而加入ZrC后的金属陶瓷随着ZrC加入量的增多,组织逐渐细化,硬质相形状大多数为方形,硬质相与粘结相界面呈现直线,在黑芯周围出现白色球状(Ti,Zr)C固溶体。由于Co、Ni对ZrC的润湿性不理想,金属陶瓷的致密度随着ZrC含量的增加而下降,室温力学性能(抗弯强度、硬度、断裂韧性)也随之降低。     

原始粉末粒度组合对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了TiC和TiN在不同粒度组合下,Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能。利用SEM、XRD等分析手段对所制备的金属陶瓷进行分析。结果表明,采用微米级TiC和纳米级TiN粒度组合得到的Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最好。其抗弯强度达到了1 052.8 MPa,断裂韧性达到了9.3 MPa·m1/2。     

Mechanical properties and microstructure of Ti(C,N) based cermets reinforced by nano-Si3N4 particles

Titanium carbonitride (Ti(C,N)) matrix cermets with different contents of nano-Si₃N₄ particles have been fabricated by microwave sintering in nitrogen atmosphere. The addition of nano-Si₃N₄ particle has important effect on the property of this cermet. Hardness and transverse rupture strength of the cermet are improved to about 1.3% and 25.2%, respectively, when the content of nano-particles is 2.0% in weight. Scanning electron microscopy (SEM) in combination with energy dispersive X-ray analysis (EDX) reveals that various cermets with or without nano-Si₃N₄ present quite different morphological and structural characteristics. It may be because that the addition of nano-Si₃N₄ particles inhibits the dissolution of Ti(C,N), and promotes the dissolution of WC and Mo₂C in binder phase and the formation of the inner rim. The modified microstructure by the addition of nano-Si₃N₄ particles results in the high mechanical properties of the cermet.     

Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度的研究

研究了提高Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度的方法。采用改变粘结相成分、进行低压烧结及快冷处理来制备Ti(C,N)基金属陶瓷。试验发现,粘结相成分对材料的强度有很大的影响,提高Ni/Ni+Co的比例可以提高材料的强度,当然,在实际应用中还要考虑对其它性能的综合影响;低压烧结和快冷处理都可以有效的提高Ti(C,N)基金属陶陶的抗弯强度。     

Effect of carbon content and cooling mode on the microstructure and properties of Ti(C,N)-based cermets

Ti(C,N)-based cermets were prepared by vacuum liquid sintering. The effects of carbon content as well as cooling mode on the microstructure, magnetic and mechanical properties of the cermets were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscope (TEM) and vibrating sample magnetometer (VSM). Hardness and transverse rupture strength (TRS) were also measured. The grains of Ti(C,N)-based cermets became finer and solid solubility of titanium, molybdenum, tungsten in binder phases decreased with increasing carbon content. The thickness of the rim phases increased when the cermet was annealed at 1360 °C for 30 min during cooling, which resulted in the decrease of the hardness and the transverse rupture strength (TRS). On the other hand, the magnetic saturation of Ti(C,N)-based cermets increased with increasing carbon content, which was due to the decrease of the solid solution of alloy elements in binder phases.