TiCN基鋼結(jié)硬質(zhì)合金制備及熱處理的研究.pdf

1、硬質(zhì)合金（WC-Co合金）是切削刀具行業(yè)最常用的材料之一，由于硬質(zhì)合金原料的高成本和毒性，近年來(lái)材料工作者開(kāi)始尋找其替代材料。TiCN基金屬陶瓷具有密度低、硬度高、耐磨損和抗高溫抗氧化，是一種合適的替換材料，然而這種材料仍是用的鎳和鈷等做黏結(jié)相，沒(méi)有解決高成本和毒性的問(wèn)題。本研究將用原子數(shù)相近的Fe來(lái)替換Co、Ni等作為金屬陶瓷的黏結(jié)相，用鐵作黏結(jié)相的優(yōu)點(diǎn)除了Fe資源更豐富，價(jià)格更低廉，更低的毒性外，還因?yàn)镕e的合金能夠通過(guò)熱處理來(lái)提高

2、材料的性能，這是一般硬質(zhì)合金所不具備的。而Ti(C,N)基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的缺點(diǎn)在于燒結(jié)階段液態(tài)鐵對(duì)Ti(C,N)硬質(zhì)顆粒的潤(rùn)濕性不佳，從而影響材料的力學(xué)性能。
　　本研究以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36％的Ti(C,N)為硬質(zhì)相，以W6Mo5Cr4V2鎢鉬高速鋼為基體，鋼基體中的合金元素及其碳化物能夠改善組織、增強(qiáng)合金性能。本文重點(diǎn)研究了制備工藝、碳含量以及熱處理工藝等對(duì)合金組織、性能的影響。
　　在氬氣氛圍中高能行星球磨12h能夠獲得破碎效

3、果最好、混合更均勻的混合料，此時(shí)混合料中的氧含量增加最小，僅為1.3%，碳/氮比基本保持了原料粉末中的水平。隨著燒結(jié)溫度的增加，Ti(C,N)基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的力學(xué)性能呈現(xiàn)出一種先上升后下降的趨勢(shì)，在燒結(jié)溫度為1450℃的時(shí)候，其力學(xué)性能出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，達(dá)到了最大值，燒結(jié)體的斷裂韌性及硬度分別是11MPa·m1/2和1265HV30。此時(shí)，合金具有最好的微觀組織結(jié)構(gòu)，為與金屬陶瓷類似的芯-殼結(jié)構(gòu)。
　　碳含量對(duì)合金組織及燒結(jié)機(jī)制有著較

4、大影響。當(dāng)碳含量較低時(shí)（0.5%），合金共晶溫度較高，合金元素僅從鋼基體中析出，碳化物中富含Mo，無(wú)硬質(zhì)相的溶解，硬質(zhì)相與鋼基體的結(jié)合強(qiáng)度差，組織孔隙多；當(dāng)碳含量為0.9%~1.1%，合金實(shí)現(xiàn)液相燒結(jié)，部分硬質(zhì)相顆粒Ti(C,N)溶解于液相中，與鋼基體中的合金元素形成固溶體，冷卻時(shí)從鋼基體中析出，分布在未溶的硬質(zhì)相周邊，形成典型的芯-殼結(jié)構(gòu)，改善了鋼基體對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性。當(dāng)碳含量過(guò)高時(shí)（1.3%），易導(dǎo)致硬質(zhì)相聚集，存在兩者碳化物，包裹

5、Ti(C,N)的碳化物“殼”增厚，這種組織對(duì)合金的強(qiáng)度是極為不利的。
　　當(dāng)熱處理工藝為在氬氣氣氛1170℃淬火保溫1h，然后520℃二次回火，保溫0.5h，將獲得較好的熱處理效果，在此工藝參數(shù)下硬度提高21%，達(dá)到1530HV30，斷裂韌性提高38%，達(dá)到15.2MPa·m1/2。本文還研究了熱處理對(duì)合金高溫氧化機(jī)制的影響，氧化層共分里、中、外三層，其中里層形成了由TiO2、FeTiO3組成的保護(hù)層，阻礙了氧氣對(duì)合金內(nèi)部組織的氧