高性能Ti（C，N）基金屬陶瓷材料及其刀具切削性能研究.pdf

1、本文應(yīng)用粉末冶金、材料科學(xué)和固體經(jīng)驗電子理論(EET理論)研究了Ni對Ti(C，N)基金屬陶瓷中不同碳化物的潤濕性、潤濕性與陶瓷相價電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及細(xì)晶粒的Ti(C，N)基金屬陶瓷材料和切削刀具的性能。 首先，介紹了Ti(C,N)基金屬陶瓷的發(fā)展過程、組織性能、研究現(xiàn)狀、存在的問題及其在切削刀具領(lǐng)域的應(yīng)用。重點概述了加入品粒長大抑制劑對金屬陶瓷組織和性能的影響、納米增強和超細(xì)晶粒Ti(C，N)基金屬陶瓷的研究現(xiàn)狀，指出了Ti(

2、C,N)基金屬陶瓷的發(fā)展趨勢；同時也概述了EET理論在金屬陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用；指出了本文研究的目的與意義。簡要討論了潤濕性測試用陶瓷基板的制備工藝，發(fā)現(xiàn)采用熱壓燒結(jié)(HP)工藝(Ar保護(hù)、壓力為30MPa、在1800℃下保溫1h)可以制備出致密度達(dá)97％以上的陶瓷基板。詳細(xì)研究了金屬陶瓷中不同碳化物對Ni的潤濕性，指出在Ti(C，N)固溶體中添加Mo2C、TaC、WC、VC和NbC等碳化物都能降低金屬Ni/(Ti，Me)(C，N)體系的接觸

3、角(θ)，添加一元碳化物對改善潤濕性能力大小依次為：Mo2C＞TaC＞W(wǎng)C＞VC＞NbC。添加多元碳化物能夠使Ni對Ti(C，N)固溶體的接觸角持續(xù)降低。研究發(fā)現(xiàn)，Ni/(Ti,Me)(C,N)體系的潤濕機理是存在元素擴散與金屬/陶瓷互溶的反應(yīng)性潤濕。而在研究潤濕性與陶瓷相價電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，多元陶瓷相的價電子結(jié)構(gòu)參數(shù)(nA)隨碳化物添加量的增加而增加，碳化物對nA影響大小依次為VC＞Mo2C＞NbC＞W(wǎng)C＞TaC；建立了陶瓷相最強

4、鍵上共價電子數(shù)(nA)、潤濕性(接觸角θ)以及陶瓷相成份(x)之間的關(guān)系；發(fā)現(xiàn)了添加Mo2C可使陶瓷相與金屬相的界面電子密度增大，潤濕性得到改善，界面得到強化，金屬陶瓷的強韌性也得以提高。 其次，研究了納米TiN改性TiC基金屬陶瓷的組織與性能。發(fā)現(xiàn)添加納米TiN或復(fù)合添加納米—微米TiN可以增強TiC基金屬陶瓷材料；隨納米TiN的添加量的增加，金屬陶瓷材料的組織都得到了細(xì)化，材料力學(xué)性能得到提高；當(dāng)添加6～8wt％的納米TiN

5、時可以獲得最優(yōu)的力學(xué)性能；組織細(xì)化和力學(xué)性能提高的原因與在基體(TiC)晶界處分布的納米TiN顆?？梢杂行п斣鶷iC晶粒的運動有關(guān)。而Mo含量對5Co-5Ni和10Co-10Ni納米改性金屬陶瓷的組織的影響不盡相同。研究發(fā)現(xiàn)，隨Mo添加量的增大，材料的斷裂韌性和抗彎強度下降；當(dāng)Mo添加量為4wt％時，材料的斷裂韌性和抗彎強度都達(dá)到最大值。納米TiN增強金屬陶瓷的機制有細(xì)晶強化、彌散強化和固溶強化。 本文還研究了納米改性金屬陶瓷刀

6、具的切削性能和磨損機理。結(jié)果表明，在切削正火態(tài)45＃鋼、灰鑄鐵、淬硬鋼和不銹鋼時，與YT15硬質(zhì)合金刀具和YG8刀具相比，納米改性金屬陶瓷刀具壽命明顯較高。而與未進(jìn)行納米改性的金屬陶瓷刀具相比，納米改性金屬陶瓷刀具的切削性能與耐磨性有了較大的提高。納米改性金屬陶瓷刀具在vc=200m/min～400m/min下切削正火態(tài)45＃鋼時，刀具主要的磨損機制為：磨粒磨損、擴散磨損和氧化磨損；刀具在較高速度下切削灰鑄鐵時磨損機理為粘結(jié)磨損、擴散磨