添加剂成分对(Ti,V,M)C基金属陶瓷组织演变及力学性能的影响研究

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粉末冶金工艺制备的碳化物金属陶瓷在耐磨领域发挥着重要作用。钛系金属陶瓷刀具的表面光洁度好、高温性能稳定,但其强韧性和钨基硬质合金仍有差距。TiC和金属粘结相的润湿性差是导致其脆性大的主要原因。添加过渡族金属碳化物能够改善碳化物和粘结相的润湿性,提高钛系金属陶瓷的综合性能。碳化物添加剂根据晶体结构分为两类,和TiC晶体结构不同的碳化物溶解度大,有利于促进液相烧结。和TiC晶体结构相同的碳化物易于形成固溶体,但金属原子半径差异大影响碳化物的溶解。碳化物复合添加能够更有效地通过协同作用改善钛系金属陶瓷的综合性能。VC和TiC晶体结构相同且V、Ti原子半径相近,满足Hume-Rothery规律可形成理想固溶体。V原子替代Ti原子不影响晶体结构的稳定性且在晶体内部随机排列。基于以上思路,本文结合维氏硬度、抗弯强度测试和SEM&EDS电镜观察和XRD物相检测系统研究了添加剂成分对(Ti,V,M)C基金属陶瓷组织演变及力学性能的影响。首先,在复合添加的碳化物中研究VC添加剂对(Ti,V,M)C基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。基于前期基础研究,包覆相厚度的控制有利于提高综合性能。烧结工艺相同时包覆相厚度取决于粘结相中溶解的碳化物含量。通过调整VC和粘结相含量获得了优化成分配比:当VC含量为4wt%、Co-Ni含量为15wt%时(Ti,V,M)C基金属陶瓷的显微组织中包覆环相厚度最小,抗弯强度为1370MPa,维氏硬度为1669N/mm2,综合力学性能达到最佳。其次,在VC优化成分的基础上根据碳化物晶体结构的不同研究了添加剂对(Ti,V,M)C基金属陶瓷组织演变和力学性能的影响。和TiC晶体结构不同的过渡族金属碳化物中Mo/Mo2C和WC在粘结相中的溶解度最大,系统研究了Mo和WC总添加量及Mo/WC的影响。结果表明:当Mo、WC总添加量为6wt%、Mo/WC为1:1时,(Ti,V,M)C基金属陶瓷的抗弯强度为1370MPa,维氏硬度为1669N/mm2。继续复合添加NbC含量为2wt%时,(Ti,V,M)C基金属陶瓷综合力学性能达到最优,抗弯强度为1394MPa,维氏硬度为1665N/mm2
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