添加超細(xì)Ti（C，N）制備具有脫β相梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的研究.pdf

1、隨著高速精密加工業(yè)的快速發(fā)展，優(yōu)良的涂層刀具越來(lái)越成為市場(chǎng)的迫切需求。具有表面脫立方相梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金基體（簡(jiǎn)稱脫β相梯度合金）是用于CVD刀具涂層的優(yōu)質(zhì)基體材料。脫β相梯度合金刀具基體用于涂層處理時(shí)，由于其表面無(wú)立方相的韌性材料起到了阻止高溫應(yīng)力裂紋擴(kuò)散到基體材料的作用，從而保證了涂層刀具的優(yōu)良性能。 本文選擇了硬質(zhì)合金刀具中非常重要的P30合金為研究對(duì)象，研究了添加Ti（C，N）、TiN粉末到P30合金中制備的脫β相梯度合

2、金。通過(guò)改變合金的燒結(jié)形式、N元素的添加方式、組成成分、工藝參數(shù)以及對(duì)合金進(jìn)行表面涂層等方式來(lái)研究了此類梯度合金的制備工藝、形成機(jī)理、影響因素、涂層效果以及切削性能等。采用了XRD、SEM和切削對(duì)比試驗(yàn)等方法對(duì)比研究了梯度合金的成分、晶粒組織、元素分布、梯度厚度、抗彎強(qiáng)度、涂層—基體形貌、涂層結(jié)合強(qiáng)度以及切削性能等。 首先，用平均粒度3μmTiN，1.2μmTiC<,0.5>N<,0.5>和0.13 μmTiC<,0.5>N<,

3、0.5>粉末三種不同的N元素的存在方式，以添加劑的方式加入到P30合金中，采用不充氮保護(hù)，連續(xù)燒結(jié)的方式得到了不同狀況的脫β相梯度合金。燒結(jié)制度為1440℃，燒結(jié)時(shí)間為1個(gè)小時(shí)。金相檢測(cè)和XRD衍射結(jié)果表明：三種N添加方式的合金都生成了脫β相梯度層，梯度的生成來(lái)源于含N化合物的分解。SEM檢測(cè)顯示，梯度層內(nèi)沒(méi)有Ti相，梯度厚度為20～40μm。添加TiN的合金孔隙度最大，添加1.2μm平均粒度TiC<,0.5>N<,0.5>的合金不易得

4、到理想的梯度層，添加超細(xì)0.13μm平均粒度的脫β相梯度合金具有最好的梯度結(jié)構(gòu)和形貌。而且其抗彎強(qiáng)度和硬度兩項(xiàng)物理性能在三種合金中也是最好的。 然后，在不同超細(xì)TiC<,0.5>N<,0.5>粉末添加量的試驗(yàn)中，合金都形成了不同厚度的脫β相梯度層。梯度狀況隨N量變化發(fā)生一定變化。不同超細(xì)TiC<,0.5>N<,0.5>粉末添加量的脫β相梯度合金的抗彎強(qiáng)度較P30合金都有提高。梯度厚度隨著N含量的增加反而減小。在燒結(jié)工藝試驗(yàn)中，與

5、其它的兩種燒結(jié)方式相比，改變1230-1350℃溫度段燒結(jié)時(shí)間對(duì)于合金梯度的形成有明顯的影響，梯度的厚度變化較大，合金的晶粒組織形貌有著較大的差異。根據(jù)已做的試驗(yàn)和分析，提出了一套優(yōu)化制備脫β相梯度合金的方案。 在以優(yōu)化制備的梯度合金與P30合金涂層后的機(jī)械性能和切削對(duì)比試驗(yàn)中，涂層脫β相梯度合金與基體有著良好的結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度更高，抗彎強(qiáng)度明顯好于P30合金，且梯度合金涂層后的抗彎強(qiáng)度較涂層前只有少量降低。在連續(xù)切削中，梯度合金