采用熱壓燒結技術制備了TiCN-HfN-WC金屬陶瓷刀具材料,研究了WC含量（質量分數(shù)）對金屬陶瓷刀具材料微觀組織和力學性能的影響。結果表明:TiCN-HfN-32%WC金屬陶瓷刀具材料由TiCN、（Ti,Hf,W）（C,N）、WC和MoNi組成,材料中還含有極少量的（Ti,Mo,W）（C,N）固溶體,材料內(nèi)部形成了網(wǎng)狀骨架結構。隨著添加WC質量分數(shù)的增加,材料中晶粒粒度降低,添加WC可抑制材料中TiCN晶粒的生長,起到細化TiCN晶粒的作用;材料的相對密度、硬度和斷裂韌度都具有先增大后減小的變化趨勢,材料的抗彎強度逐漸增大。當WC質量分數(shù)為32%時,材料具有相對較好的綜合力學性能,其硬度為20.2 GPa,斷裂韌度為7.1 MPa×m^1/2,抗彎強度為1581.3 MPa。 

【文章來源】：粉末冶金技術. 2020,38(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

THW32試樣X射線衍射圖譜

THW32拋光面顯微形貌及能譜分析：（a）顯微形貌；（b）點A能譜；（c）點B能譜

表2是所示為THW相對密度和力學性能，其中TH作為對比材料，是Ti CN?20%Hf N?4%Ni?4%Mo（質量分數(shù)）金屬陶瓷材料。由表可知，在WC質量分數(shù)由8%增加到32%的過程中，材料的相對密度、硬度和斷裂韌度都具有先增大后減小的變化趨勢。對于THW的相對密度來說，其增幅和減幅都不明顯，且材料的相對密度均在99.5%以上；除THW8外，其余THW試樣的相對密度都不低于TH，這表明加入WC可提高THW材料的相對密度。材料的密度對硬度有較大影響，一般來說，材料越致密，其硬度相對也越高[11,19]。由于THW8和THW16的相對密度較小，導致其硬度較低；THW24試樣的維氏硬度最高（20.6 GPa），這是由于其具有高的相對密度；與THW24相比，THW32試樣的硬度相對較低，但兩者相差不大。此外，晶粒大小也是影響THW硬度的另一個因素，細小且界面結合力強的晶粒有利于提高材料抵抗外力侵入的能力，從而使材料的硬度提高；但當晶粒過于細小時，其內(nèi)部潛在的缺陷，如微孔洞、微裂紋等，可能會降低材料抵抗外力侵入的能力，導致材料的硬度降低。一般來說，細小的顆粒有利于提高材料的斷裂韌度，這是由于在液相燒結過程中，細小顆粒所形成的毛細管力要大于大顆粒，這有利于液相的填充[1]，可減少微孔洞的形成，提高晶粒間結合力；同時，裂紋在細小顆粒間的擴展會消耗大量的斷裂能，這也有利于提高材料的斷裂韌度和抗彎強度。對于THW的斷裂韌度來說，THW24試樣的斷裂韌度最高，其值為7.3 MPa?m1/2，這主要是因為原材料WC的粒度較小，較THW8和THW16來說，THW24試樣的WC含量高。但當細小顆粒含量過高且液相含量一定時，材料內(nèi)部會形成微孔洞，為裂紋的擴展提供了便利條件，將削弱材料的斷裂韌度，這可能是THW32試樣斷裂韌度稍低的原因。而對于THW8和THW16試樣來說，大晶粒的出現(xiàn)是其斷裂韌度低的主要原因。對于THW試樣的抗彎強度來說，THW32試樣的抗彎強度為1581.3 MPa，其值遠高于其他三種材料的抗彎強度。這是由于THW32的晶粒尺寸明顯比其他三種材料小，依據(jù)Hall?Patch公式[13]可知，晶粒越小，越有利于抗彎強度的提高。除晶粒尺寸外，不均勻的微觀組織以及粗大晶粒都不利于材料抗彎強度的提高，這也是THW8和THW16抗彎強度低的原因。

【參考文獻】：
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