WC含量对TiCN-HfN金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响
发布时间：2021-03-30 09:24
采用热压烧结技术制备了TiCN-HfN-WC金属陶瓷刀具材料,研究了WC含量（质量分数）对金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:TiCN-HfN-32%WC金属陶瓷刀具材料由TiCN、（Ti,Hf,W）（C,N）、WC和MoNi组成,材料中还含有极少量的（Ti,Mo,W）（C,N）固溶体,材料内部形成了网状骨架结构。随着添加WC质量分数的增加,材料中晶粒粒度降低,添加WC可抑制材料中TiCN晶粒的生长,起到细化TiCN晶粒的作用;材料的相对密度、硬度和断裂韧度都具有先增大后减小的变化趋势,材料的抗弯强度逐渐增大。当WC质量分数为32%时,材料具有相对较好的综合力学性能,其硬度为20.2 GPa,断裂韧度为7.1 MPa×m1/2,抗弯强度为1581.3 MPa。
【文章来源】：粉末冶金技术. 2020,38(04)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
THW32试样X射线衍射图谱
THW32抛光面显微形貌及能谱分析：（a）显微形貌；（b）点A能谱；（c）点B能谱
表2是所示为THW相对密度和力学性能，其中TH作为对比材料，是Ti CN?20%Hf N?4%Ni?4%Mo（质量分数）金属陶瓷材料。由表可知，在WC质量分数由8%增加到32%的过程中，材料的相对密度、硬度和断裂韧度都具有先增大后减小的变化趋势。对于THW的相对密度来说，其增幅和减幅都不明显，且材料的相对密度均在99.5%以上；除THW8外，其余THW试样的相对密度都不低于TH，这表明加入WC可提高THW材料的相对密度。材料的密度对硬度有较大影响，一般来说，材料越致密，其硬度相对也越高[11,19]。由于THW8和THW16的相对密度较小，导致其硬度较低；THW24试样的维氏硬度最高（20.6 GPa），这是由于其具有高的相对密度；与THW24相比，THW32试样的硬度相对较低，但两者相差不大。此外，晶粒大小也是影响THW硬度的另一个因素，细小且界面结合力强的晶粒有利于提高材料抵抗外力侵入的能力，从而使材料的硬度提高；但当晶粒过于细小时，其内部潜在的缺陷，如微孔洞、微裂纹等，可能会降低材料抵抗外力侵入的能力，导致材料的硬度降低。一般来说，细小的颗粒有利于提高材料的断裂韧度，这是由于在液相烧结过程中，细小颗粒所形成的毛细管力要大于大颗粒，这有利于液相的填充[1]，可减少微孔洞的形成，提高晶粒间结合力；同时，裂纹在细小颗粒间的扩展会消耗大量的断裂能，这也有利于提高材料的断裂韧度和抗弯强度。对于THW的断裂韧度来说，THW24试样的断裂韧度最高，其值为7.3 MPa?m1/2，这主要是因为原材料WC的粒度较小，较THW8和THW16来说，THW24试样的WC含量高。但当细小颗粒含量过高且液相含量一定时，材料内部会形成微孔洞，为裂纹的扩展提供了便利条件，将削弱材料的断裂韧度，这可能是THW32试样断裂韧度稍低的原因。而对于THW8和THW16试样来说，大晶粒的出现是其断裂韧度低的主要原因。对于THW试样的抗弯强度来说，THW32试样的抗弯强度为1581.3 MPa，其值远高于其他三种材料的抗弯强度。这是由于THW32的晶粒尺寸明显比其他三种材料小，依据Hall?Patch公式[13]可知，晶粒越小，越有利于抗弯强度的提高。除晶粒尺寸外，不均匀的微观组织以及粗大晶粒都不利于材料抗弯强度的提高，这也是THW8和THW16抗弯强度低的原因。
【参考文献】：
期刊论文
[1]HfN含量对ZrB2基陶瓷材料微观组织和力学性能的影响[J]. 谢俊彩,宋金鹏,高姣姣,曹磊. 粉末冶金技术. 2019(06)
[2]Fe含量对TiC基金属陶瓷力学性能的影响[J]. 叶旋,陈绍军,钟燕辉,凌雨湘. 粉末冶金工业. 2019(05)
[3]Co和Ni对Ti(C0.7N0.3)基金属陶瓷组织和力学性能的影响[J]. 李朝,李楠,柳学全,蔺菲,李发长. 粉末冶金工业. 2019(01)
[4]Ti（C,N）基金属陶瓷性能影响因素及发展趋势[J]. 马调调. 陶瓷. 2018(07)
[5]实现Ti（C,N）基金属陶瓷强韧化的技术路径[J]. 肖水清,刘杰,肖白军,邓欣,伍尚华. 材料导报. 2018(07)
[6]WC和Mo2C的添加对Ti（C,N）基金属陶瓷高温显微硬度的影响[J]. 吴悦梅,周黎明,熊计,叶俊镠,文斌. 机械工程材料. 2017(07)
[7]基于微波烧结的Ti（C,N）/Al2O3金属陶瓷刀具切削淬硬钢的试验研究[J]. 张勇,程寓,胡瀚彭,殷增斌. 工具技术. 2017(03)
[8]高速切削用金属陶瓷刀具的制备及磨损机理研究[J]. 杨中秀. 铸造技术. 2017(02)
[9]TaC含量对TiCN基金属陶瓷组织与性能的影响[J]. 陈敏,肖玄,张雪峰. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(02)
[10]添加ZrC纳米粉对放电等离子体烧结TiCN基金属陶瓷微观结构和力学性能的影响[J]. 吕长春,彭志坚,彭瑛,王成彪,齐龙浩,苗赫濯. 稀有金属材料与工程. 2015(S1)
本文编号：3109285
【文章来源】：粉末冶金技术. 2020,38(04)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
THW32试样X射线衍射图谱
THW32抛光面显微形貌及能谱分析：（a）显微形貌；（b）点A能谱；（c）点B能谱
表2是所示为THW相对密度和力学性能，其中TH作为对比材料，是Ti CN?20%Hf N?4%Ni?4%Mo（质量分数）金属陶瓷材料。由表可知，在WC质量分数由8%增加到32%的过程中，材料的相对密度、硬度和断裂韧度都具有先增大后减小的变化趋势。对于THW的相对密度来说，其增幅和减幅都不明显，且材料的相对密度均在99.5%以上；除THW8外，其余THW试样的相对密度都不低于TH，这表明加入WC可提高THW材料的相对密度。材料的密度对硬度有较大影响，一般来说，材料越致密，其硬度相对也越高[11,19]。由于THW8和THW16的相对密度较小，导致其硬度较低；THW24试样的维氏硬度最高（20.6 GPa），这是由于其具有高的相对密度；与THW24相比，THW32试样的硬度相对较低，但两者相差不大。此外，晶粒大小也是影响THW硬度的另一个因素，细小且界面结合力强的晶粒有利于提高材料抵抗外力侵入的能力，从而使材料的硬度提高；但当晶粒过于细小时，其内部潜在的缺陷，如微孔洞、微裂纹等，可能会降低材料抵抗外力侵入的能力，导致材料的硬度降低。一般来说，细小的颗粒有利于提高材料的断裂韧度，这是由于在液相烧结过程中，细小颗粒所形成的毛细管力要大于大颗粒，这有利于液相的填充[1]，可减少微孔洞的形成，提高晶粒间结合力；同时，裂纹在细小颗粒间的扩展会消耗大量的断裂能，这也有利于提高材料的断裂韧度和抗弯强度。对于THW的断裂韧度来说，THW24试样的断裂韧度最高，其值为7.3 MPa?m1/2，这主要是因为原材料WC的粒度较小，较THW8和THW16来说，THW24试样的WC含量高。但当细小颗粒含量过高且液相含量一定时，材料内部会形成微孔洞，为裂纹的扩展提供了便利条件，将削弱材料的断裂韧度，这可能是THW32试样断裂韧度稍低的原因。而对于THW8和THW16试样来说，大晶粒的出现是其断裂韧度低的主要原因。对于THW试样的抗弯强度来说，THW32试样的抗弯强度为1581.3 MPa，其值远高于其他三种材料的抗弯强度。这是由于THW32的晶粒尺寸明显比其他三种材料小，依据Hall?Patch公式[13]可知，晶粒越小，越有利于抗弯强度的提高。除晶粒尺寸外，不均匀的微观组织以及粗大晶粒都不利于材料抗弯强度的提高，这也是THW8和THW16抗弯强度低的原因。
【参考文献】：
期刊论文
[1]HfN含量对ZrB2基陶瓷材料微观组织和力学性能的影响[J]. 谢俊彩,宋金鹏,高姣姣,曹磊. 粉末冶金技术. 2019(06)
[2]Fe含量对TiC基金属陶瓷力学性能的影响[J]. 叶旋,陈绍军,钟燕辉,凌雨湘. 粉末冶金工业. 2019(05)
[3]Co和Ni对Ti(C0.7N0.3)基金属陶瓷组织和力学性能的影响[J]. 李朝,李楠,柳学全,蔺菲,李发长. 粉末冶金工业. 2019(01)
[4]Ti（C,N）基金属陶瓷性能影响因素及发展趋势[J]. 马调调. 陶瓷. 2018(07)
[5]实现Ti（C,N）基金属陶瓷强韧化的技术路径[J]. 肖水清,刘杰,肖白军,邓欣,伍尚华. 材料导报. 2018(07)
[6]WC和Mo2C的添加对Ti（C,N）基金属陶瓷高温显微硬度的影响[J]. 吴悦梅,周黎明,熊计,叶俊镠,文斌. 机械工程材料. 2017(07)
[7]基于微波烧结的Ti（C,N）/Al2O3金属陶瓷刀具切削淬硬钢的试验研究[J]. 张勇,程寓,胡瀚彭,殷增斌. 工具技术. 2017(03)
[8]高速切削用金属陶瓷刀具的制备及磨损机理研究[J]. 杨中秀. 铸造技术. 2017(02)
[9]TaC含量对TiCN基金属陶瓷组织与性能的影响[J]. 陈敏,肖玄,张雪峰. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(02)
[10]添加ZrC纳米粉对放电等离子体烧结TiCN基金属陶瓷微观结构和力学性能的影响[J]. 吕长春,彭志坚,彭瑛,王成彪,齐龙浩,苗赫濯. 稀有金属材料与工程. 2015(S1)
本文编号：3109285
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