本文關(guān)鍵詞：TiCN基鋼結(jié)硬質(zhì)合金制備及熱處理的研究

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【摘要】：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,近年來材料工作者開始尋找其替代材料。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,沒有解決高成本和毒性的問題。本研究將用原子數(shù)相近的Fe來替換Co、Ni等作為金屬陶瓷的黏結(jié)相,用鐵作黏結(jié)相的優(yōu)點除了Fe資源更豐富,價格更低廉,更低的毒性外,還因為Fe的合金能夠通過熱處理來提高材料的性能,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)合金的缺點在于燒結(jié)階段液態(tài)鐵對Ti(C,N)硬質(zhì)顆粒的潤濕性不佳,從而影響材料的力學性能。本研究以質(zhì)量分數(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、增強合金性能。本文重點研究了制備工藝、碳含量以及熱處理工藝等對合金組織、性能的影響。在氬氣氛圍中高能行星球磨12h能夠獲得破碎效果最好、混合更均勻的混合料,此時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)合金的力學性能呈現(xiàn)出一種先上升后下降的趨勢,在燒結(jié)溫度為1450℃的時候,其力學性能出現(xiàn)一個拐點,達到了最大值,燒結(jié)體的斷裂韌性及硬度分別是11MPa·m~(1/2)和1265 HV30。此時,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)。碳含量對合金組織及燒結(jié)機制有著較大影響。當碳含量較低時(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,無硬質(zhì)相的溶解,硬質(zhì)相與鋼基體的結(jié)合強度差,組織孔隙多;當碳含量為0.9%~1.1%,合金實現(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),改善了鋼基體對硬質(zhì)相的潤濕性。當碳含量過高時(1.3%),易導致硬質(zhì)相聚集,存在兩者碳化物,包裹Ti(C,N)的碳化物“殼”增厚,這種組織對合金的強度是極為不利的。當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%,達到1530 HV30,斷裂韌性提高38%,達到15.2MPa·m~(1/2)。本文還研究了熱處理對合金高溫氧化機制的影響,氧化層共分里、中、外三層,其中里層形成了由TiO_2、FeTiO_3組成的保護層,阻礙了氧氣對合金內(nèi)部組織的氧化,氧化增重速率明顯降低。
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG135.5;TG156

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本文編號：1195002