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1、陳鳳琴畢業(yè)論文鉗含量對Ti(C,N)?Co金屬陶瓷材料性能的影響第一章緒論1.1引言金屬陶瓷(Cermets)—詞是由陶瓷(Ceramics)中的Cer與金屬(Metals)中的met結(jié)合起來構(gòu)成的［1］。金屬陶瓷是一種由硬質(zhì)相和金屬〔或合金〕粘結(jié)相組成的顆粒型復合材料，一般硬質(zhì)顆粒(陶瓷相顆粒)約占15-85Vol.%,硬質(zhì)顆粒嵌入金屬或合金粘結(jié)相內(nèi)。廣義上講，任何由金屬和陶瓷構(gòu)成的復合材料都可以稱為金屬陶瓷。金屬陶瓷具有質(zhì)量輕(普通硬質(zhì)合金的密度為12~15g/cm3,而金屬陶瓷的密度卻只有6-7g/cm3,甚至比鋼還輕［2?4］)、機械
2、強度大、紅韌性好、熱導率高、耐磨損等優(yōu)異性能，常用作切削工具。Ti(C,N)基金屬陶瓷作為一種新型的工具材料，繼承了金屬陶瓷的優(yōu)點，既適用于高速精加工，又適用于半精加工和間斷切削加工，且切削速度高，表面質(zhì)量好，刀具壽命長。Ti(C,N)基金屬陶瓷也可以制成可轉(zhuǎn)位刀片，用于精銳孔、精孔加工和以車代磨等精加工領(lǐng)域，且重量輕、價格低廉，其應(yīng)用填補了WC硬質(zhì)合金和陶瓷刀具之間高速精加工和半精加工的空白。但它有一個致命的弱點，就是脆性大、韌性低，由此導致的使用可靠性和抗破壞能力差等問題大大限制了它的應(yīng)用。因此，材料研究者進行了大量的研究以尋找切實可行的
3、增韌方法。人們受口然界生物材料結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出在脆性陶瓷中加入第二相材料制備出層狀復合材料，以達到提高陶瓷的韌性、改善使用性能的目的。近年來，國內(nèi)外的研究人員以TiC、TiN為硬質(zhì)相，以Mo、Ni、Co、Cr、Al等為粘結(jié)相，以WC、(Ta,Nb)C、Cr3C2>HfC、VC、ZrC等為增強相來設(shè)計Ti(C,N)基金屬陶瓷的合金成分,使其綜合性能有了較大提高。目前陶瓷材料的強韌化方法主要有：相變韌化；纖維增韌，晶須及顆粒韌化等［5］。此外，通過向陶瓷材料中加入一定量的金屬相(Metalreinforcedceramics),也是提高陶瓷材料強
4、韌性的重耍途徑。1.2實驗背景介紹1.2.1金屬陶瓷材料的發(fā)展TiC-Ni金屬陶瓷最早出現(xiàn)在1929年［6］,基于TiC-Ni基金屬陶瓷具有優(yōu)良的高溫力學性能和低密度的特點，作為WC-Co合金的替代材料，主要用于切削加工。Ti(C,N)基金屬陶瓷是1931年發(fā)明的。但是由于Ni對TiC的潤濕性不像Co對WC的潤濕性(潤濕1安徽建筑工業(yè)學院本科生畢業(yè)論文角為零度)那么好，導致TiC顆粒因為相互聚集而長大，使得材料的脆性很大，從而大大限制了該種材料的應(yīng)用［7,8］o1956年，美國福特汽車公司Humenik發(fā)現(xiàn)在TiC-Ni基金屬陶瓷中加入Mo后
5、，口J以改善Ni對TiC的潤濕性，使TiC晶粒變細，大大提高了合金強度。進入六十年代，日本東芝、三菱和住友公司也開始研制切削用金屬陶瓷材料。1965年以后,更多的硬質(zhì)合金廠積極從事TiC基金屬陶瓷的研制工作。進入七十年代，金屬陶瓷的發(fā)展更是日新月異，品種和牌號迅速增加，含Mo含Ni的Ti(C,N)基金屬陶瓷燒結(jié)時已可完全致密，具有耐磨、耐氧化、耐腐蝕等一系列優(yōu)點［9］,且在硬度相同時耐磨性高于WC-Co硬質(zhì)合金，再加上其密度(比重)只有硬質(zhì)合金的一半，即相同重量的粉末可獲得兩倍于硬質(zhì)合金數(shù)量的制品，用作各種產(chǎn)品使用時成本較低，因而國外(特別是
6、日本)對Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究極為重視［10］,進行深入系統(tǒng)的研究。1971年Kiefer發(fā)現(xiàn)在TiC-Ni基金屬陶瓷中引入N,并同時加入Mo2C和Mo粉，可使其獲得更高的硬度、耐蘑性、抗彎強度，較好的切削性能和抗氧化能力。此后，Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究越來越多。自20世紀80年代以來，Ti(C,N)基金屬陶瓷獲得了迅速的發(fā)展，世界各國硬質(zhì)合金廠先后推出了系列的Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具。1.2.2顯微組織及合金成分對材料性能的影響在顯微組織方面，D.Mari,S.Bolognini等［11］研究指出:燒結(jié)后，金屬陶瓷的碳化物
7、相呈典型的芯■環(huán)形貌，隨著原料中Mo含量的增加，觀察到對金屬陶瓷形貌最重要的影響是碳氮化物相的晶粒尺寸變小。芯部的成分是沒冇完全熔解的Ti(C,N)顆粒，環(huán)的形成是通過溶解一再析出機制形成的復雜的碳氮化物固溶體，其化學式可表示為：(Ti,W,Mo,Ta-)(C,N)o一些金屬陶瓷的組織中亮芯黑環(huán)和亮環(huán)黑芯同時出現(xiàn)。小顆粒的(Ti,Mo)C優(yōu)先溶解,貧Mo的仃i,Mo)C相首先在未溶解的(Ti,Mo)C顆粒表面析出，亮芯黑環(huán)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。另一方血，如果析出的貧Mo(TbMo)C在(Ti,Mo)C顆粒一個有利成核位置成核,在冷卻過程中,富Mo的液相形
8、成富Mo的(Ti,Mo)C亮環(huán)，圍繞貧Mo的芯，亮環(huán)黑芯形成。由于芯■環(huán)Z間的位向差和原子錯配造成界面處位錯，芯■環(huán)之間的應(yīng)力增加。通過加入一定量的WC、TaC等其
