PDF《烧结工艺和 Y2O3 添加量对 Ti(C,N)基》

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2015 年5月1278 术(以切代磨)成为促进众多行业发展的重要因素,对 各行业生产水平与成本有着重要影响.切削刀具是切 削技术的核心部件,刀具材料的性能与可服役条件直 接影响了金属材料加工效率和质量.目前,刀具材料 主要有

4 类:高速钢、硬质合金、金属陶瓷和陶瓷, 其中以高速钢刀具和硬质合金刀具应用最为广泛,约 占我国刀具材料市场份额的 90%以上.然而,高速钢 刀具大多属于用量大、价值低的低端刀具,硬质合金 刀具在

900 ℃以上性能的稳定性难以保证,同时,贵 金属 Co 和W等战略物资成本过高,因此,硬质合金 刀具在高速高温服役下的金属切削加工受到了限制. 陶瓷刀具尽管高温稳定性好,但由于脆性过大,一方 面,不能加工成可转位易排金属屑的多形状刀具;

另 一方面,抗冲击载荷差,容易损坏刀具,影响加工质 量.而Ti(C,N)基金属陶瓷材料凭借其优异的高温性 能、低密度、丰富的原料资源、低成本等优势引起了 各国的关注.日本、德国、美国等发达国家金属陶瓷 刀具的应用已较为广泛,据统计,在日本,Ti(C,N)基 金属陶瓷刀具占到切削刀具总量的 30%以上.另外, 由于优异的高温性能,Ti(C,N)基金属陶瓷还可广泛应 用于宇航高温发动机、石油管密封圈、采煤机截齿等 各种耐高温耐磨损零部件[1?4] . 但与硬质合金刀具相比,Ti(C,N)基金属陶瓷材料 强韧性仍显不足,因此,国内外科研工作者就其强韧 化进行了大量的研究工作,并提出了有效的方法与措 施,但强韧化效果并不理想[5?13] .稀土元素由于结构 上的特点,具有细化晶粒、净化界面以及自增韧补强 等作用,目前,已在许多材料(TiB2-7055 复合材料、 高铬铸铁、硬质合金、镁合金、铝合金等)中起到了明 显的补强增韧效果[14?19] .徐立强等[20] 研究了热压烧结 工艺对 Ti(C,N)基金属陶瓷断口形貌的影响, 但针对于 Ti(C,N)基金属陶瓷无压烧结尤其是无压烧结过程中 热动力学的研究并不多见.因此,本文作者采用无压 烧结技术制备了 Ti(C,N)基金属陶瓷材料, 探索了不同 烧结温度下 Ti(C,N)基金属陶瓷相组成的演变过程, 研 究了烧结工艺和 Y2O3 添加量对 Ti(C,N)基金属陶瓷相 结构、显微组织、致密度、弯曲强度及断裂韧性的 影响.

1 实验 1.1 试样制备 本实验中以 TiC 和TiN 为基体粉末,Ni、Co、 Mo 粉作为粘结相金属,第二类硬质相粉末包括 WC、 Cr3C2,稀土添加剂为 Y2O3 粉末,Y2O3 分别以质量分 数为 0.4%、0.8%、1.2%进行添加,所有粉末粒径均约 为3μm, 纯度均高于 98%, 原始材料配方如表

1 所列. 根据成分设计方案, 用精度为 1*10?5 g 的电子天平称 取各原始粉末进行配料, 将配好的粉料置于球磨罐中, 按适当比例分别加入玛瑙球和乙醇溶液, 在QM?ISP4 型行星式球磨机球磨混料

24 h,混合后的料浆经过抽 滤、真空干燥后,加入预成形剂 PVA 胶,进行造粒、 过筛,然后放入金属模具中进行冷压成形,预成形压 力150 MPa, 保压

3 min. 预成形后在真空烧结炉中依 次分别进行

200、

400、

600、800 ℃下保温

2、

4、

2、

2 h 排胶处理, 然后分别在

1000 和1220 ℃各保温

2 h, 进行有助于粉末液相反应前的扩散固溶处理.采用两 种烧结工艺进行对比,P-1 烧结工艺即烧结温度为