高致密、高強(qiáng)度TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金的研究.pdf

1、TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金硬度高、比重小、耐磨性好，可機(jī)加工和熱處理，廣泛應(yīng)用于工業(yè)模具、量具和抗震零件，也是航天、航空、船舶和兵器等領(lǐng)域用耐磨零件的重要制備材料。目前，我國軍工和高科技領(lǐng)域用TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金基本依靠國產(chǎn)，與國外同類材料相比，國產(chǎn)TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金常常存在孔隙率過高，材質(zhì)不均勻及強(qiáng)度偏低等問題，致使材料在加工和使用過程中出現(xiàn)各種問題，如:加工成品率低，抗磨損能力不足等。粉末冶金技術(shù)可以制造原料比重差異大、成分復(fù)雜的金屬復(fù)合材料

2、，通過液相燒結(jié)的方法可使TiC相與鋼基體牢固結(jié)合，并賦予材料良好的力學(xué)性能及抗磨損能力。本論文采用粉末冶金方法制備了TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金，并就制備工藝、羰基鐵粉替代還原鐵粉、添加稀土元素對(duì)合金性能的影響，以及合金致密化技術(shù)和組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)容進(jìn)行了研究，獲得主要結(jié)論如下:
　　 真空(真空度＜4.5×10-1pa)環(huán)境下，采用粉末冶金液相燒結(jié)方法制備了Fe-3.0Cr-3.0Mo-0.5Cu-0.4Ni-0.5C-33TiC合金，研究

3、了粉末處理技術(shù)、成形工藝和燒結(jié)工藝等因素對(duì)合金性能的影響。高能球磨過程中，元素Fe與Mo、C、Cu、Ni等組元發(fā)生合金化反應(yīng)，形成Fe的固溶體，隨著球磨時(shí)間的增加，合金組織細(xì)化，成分均勻性增加;壓坯密度隨著成形壓力的增加而提高，但成形壓力相同時(shí)，冷等靜壓成形合金的抗彎強(qiáng)度、硬度和密度均高于模壓成形;在一定范圍內(nèi)，合金的抗彎強(qiáng)度、硬度和密度隨最終燒結(jié)溫度的升高和保溫時(shí)間的增加而提高，當(dāng)最終燒結(jié)溫度為1420℃，保溫時(shí)間1h時(shí)，合金綜合性能

4、最佳。
　　 以羰基鐵粉替代還原鐵粉制備了相同成分的TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金，研究發(fā)現(xiàn):在TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金中添加羰基鐵粉可以改善粉末成形性能，使壓坯密度更高，促進(jìn)燒結(jié)進(jìn)程，使燒結(jié)溫度降低。提出羰基鐵粉粒度小，裝模過程可充填大顆粒間隙，呈圓形，成形過程在粉末顆粒之間滾動(dòng)，減小粉末流動(dòng)及變形阻力，是改善成形性能的主要原因。比表面積大、原子遷移距離縮小是促進(jìn)燒結(jié)進(jìn)程的主要原因。經(jīng)1400℃燒結(jié)后，與未添加羰基鐵粉的合金相比，添加30％羰基

5、鐵粉的合金力學(xué)明顯提高，硬度由77.5HRA提高到81.8HRA，抗彎強(qiáng)度由1123MPa上或到1447MPa。
　　 制備了含微量稀土(RE)的TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金，比較了Fe-RE中間合金和CeO2兩種不同添加形式對(duì)合金性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以Fe-RE中間合金的形式添加RE效果更好，在球磨和燒結(jié)過程中，RE對(duì)合金粉末具有明顯的脫氧和保碳作用，有助于不同組元間潤濕性的提高，從而有利于致密化進(jìn)程，達(dá)到減小孔隙率的目的。提出在

6、液相燒結(jié)過程中，稀土聚集于TiC顆粒表面，使其表面能降低，阻礙TiC在液相中的溶解-析出過程，抑制TiC晶粒的長(zhǎng)大。Fe-RE添加量為0.8％時(shí)，合金綜合性能最佳。
　　 研究了鍛造及熱等靜壓工藝對(duì)鋼結(jié)硬質(zhì)合金致密性的影響。研究發(fā)現(xiàn):采用自行設(shè)計(jì)鍛模鍛造時(shí)，合金受力狀態(tài)有利于抑制裂紋的形成與擴(kuò)展，合金開裂現(xiàn)象顯著減少。通過鍛造，合金中的孔隙變小或消失，TiC及其它碳化物脆性相碎裂細(xì)化，分布趨于均勻，力學(xué)性能提高。通過極差實(shí)驗(yàn)，確

7、定了該合金的理想熱等靜壓參數(shù)為:壓力:140MPa;溫度:1260℃;保溫保壓時(shí)間:0.5h。經(jīng)過熱等靜壓處理，合金在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的孔洞等組織缺陷減小或消失，材料更加致密，材料綜合性能明顯提高。將鍛造與熱等靜壓工藝結(jié)合，合金的組織及性能改善更加明顯，硬度達(dá)到86.8HRA，抗彎強(qiáng)度達(dá)到1677MPa。
　　 組織結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn):燒結(jié)和熱等靜壓過程中，TiC在基體液相中存在溶解-析出過程，伴隨這一過程，小尺寸TiC顆粒減小或消失，