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1、陈凤琴毕业论文钳含量对Ti(C,N)・Co金属陶瓷材料性能的影响第一章绪论1.1引言金属陶瓷(Cermets)—词是由陶瓷(Ceramics)中的Cer与金属(Metals)中的met结合起来构成的［1］。金属陶瓷是一种由硬质相和金属〔或合金〕粘结相组成的颗粒型复合材料，一般硬质颗粒(陶瓷相颗粒)约占15-85Vol.%,硬质颗粒嵌入金属或合金粘结相内。广义上讲，任何由金属和陶瓷构成的复合材料都可以称为金属陶瓷。金属陶瓷具有质量轻(普通硬质合金的密度为12~15g/cm3,而金属陶瓷的密度却只有6-7g/cm3,甚至比钢还轻［2・4］)、机械
2、强度大、红韧性好、热导率高、耐磨损等优异性能，常用作切削工具。Ti(C,N)基金属陶瓷作为一种新型的工具材料，继承了金属陶瓷的优点，既适用于高速精加工，又适用于半精加工和间断切削加工，且切削速度高，表面质量好，刀具寿命长。Ti(C,N)基金属陶瓷也可以制成可转位刀片，用于精锐孔、精孔加工和以车代磨等精加工领域，且重量轻、价格低廉，其应用填补了WC硬质合金和陶瓷刀具之间高速精加工和半精加工的空白。但它有一个致命的弱点，就是脆性大、韧性低，由此导致的使用可靠性和抗破坏能力差等问题大大限制了它的应用。因此，材料研究者进行了大量的研究以寻找切实可行的
3、增韧方法。人们受口然界生物材料结构的启发，提出在脆性陶瓷中加入第二相材料制备出层状复合材料，以达到提高陶瓷的韧性、改善使用性能的目的。近年来，国内外的研究人员以TiC、TiN为硬质相，以Mo、Ni、Co、Cr、Al等为粘结相，以WC、(Ta,Nb)C、Cr3C2>HfC、VC、ZrC等为增强相来设计Ti(C,N)基金属陶瓷的合金成分,使其综合性能有了较大提高。目前陶瓷材料的强韧化方法主要有：相变韧化；纤维增韧，晶须及颗粒韧化等［5］。此外，通过向陶瓷材料中加入一定量的金属相(Metalreinforcedceramics),也是提高陶瓷材料强
4、韧性的重耍途径。1.2实验背景介绍1.2.1金属陶瓷材料的发展TiC-Ni金属陶瓷最早出现在1929年［6］,基于TiC-Ni基金属陶瓷具有优良的高温力学性能和低密度的特点，作为WC-Co合金的替代材料，主要用于切削加工。Ti(C,N)基金属陶瓷是1931年发明的。但是由于Ni对TiC的润湿性不像Co对WC的润湿性(润湿1安徽建筑工业学院本科生毕业论文角为零度)那么好，导致TiC颗粒因为相互聚集而长大，使得材料的脆性很大，从而大大限制了该种材料的应用［7,8］o1956年，美国福特汽车公司Humenik发现在TiC-Ni基金属陶瓷中加入Mo后
5、，口J以改善Ni对TiC的润湿性，使TiC晶粒变细，大大提高了合金强度。进入六十年代，日本东芝、三菱和住友公司也开始研制切削用金属陶瓷材料。1965年以后,更多的硬质合金厂积极从事TiC基金属陶瓷的研制工作。进入七十年代，金属陶瓷的发展更是日新月异，品种和牌号迅速增加，含Mo含Ni的Ti(C,N)基金属陶瓷烧结时已可完全致密，具有耐磨、耐氧化、耐腐蚀等一系列优点［9］,且在硬度相同时耐磨性高于WC-Co硬质合金，再加上其密度(比重)只有硬质合金的一半，即相同重量的粉末可获得两倍于硬质合金数量的制品，用作各种产品使用时成本较低，因而国外(特别是
6、日本)对Ti(C,N)基金属陶瓷的研究极为重视［10］,进行深入系统的研究。1971年Kiefer发现在TiC-Ni基金属陶瓷中引入N,并同时加入Mo2C和Mo粉，可使其获得更高的硬度、耐蘑性、抗弯强度，较好的切削性能和抗氧化能力。此后，Ti(C,N)基金属陶瓷的研究越来越多。自20世纪80年代以来，Ti(C,N)基金属陶瓷获得了迅速的发展，世界各国硬质合金厂先后推出了系列的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具。1.2.2显微组织及合金成分对材料性能的影响在显微组织方面，D.Mari,S.Bolognini等［11］研究指出:烧结后，金属陶瓷的碳化物
7、相呈典型的芯■环形貌，随着原料中Mo含量的增加，观察到对金属陶瓷形貌最重要的影响是碳氮化物相的晶粒尺寸变小。芯部的成分是没冇完全熔解的Ti(C,N)颗粒，环的形成是通过溶解一再析出机制形成的复杂的碳氮化物固溶体，其化学式可表示为：(Ti,W,Mo,Ta-)(C,N)o一些金属陶瓷的组织中亮芯黑环和亮环黑芯同时出现。小颗粒的(Ti,Mo)C优先溶解,贫Mo的仃i,Mo)C相首先在未溶解的(Ti,Mo)C颗粒表面析出，亮芯黑环结构出现。另一方血，如果析出的贫Mo(TbMo)C在(Ti,Mo)C颗粒一个有利成核位置成核,在冷却过程中,富Mo的液相形
8、成富Mo的(Ti,Mo)C亮环，围绕贫Mo的芯，亮环黑芯形成。由于芯■环Z间的位向差和原子错配造成界面处位错，芯■环之间的应力增加。通过加入一定量的WC、TaC等其
