高性能ti（c，n）基金属陶瓷材料及其刀具切削性能研究

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1、高性能Ti(C，N)基金属陶瓷材料及其刀具切削性能研究摘要本文应用粉末冶金、材料科学和1固体经验电子理论(EET理论)研究了Ni对Ti(c，N)基金属陶瓷中不同碳化物的润湿性、润湿性与陶瓷相价L乜子结构的关系以及细品粒的Ti(c，N)基金属陶瓷材料和切削刀具的性能。首先，介纠了Ti(c，N)基金属陶瓷的发腱过程、组l；}j性能、研究现状、存在的问题及其在切削刀具领域的应用。重点概述了加入品粒K人抑制剂对金属陶瓷组织和性能的影响、纳米增强和超细晶粒Ti(c，N)基金属陶瓷的研究现状，指山了Ti(c，N)基金属陶瓷的发展趋势：同时也概述了EET理论在金属陶瓷领域的应_I_f』

2、；指山了本文研究的目的与意义。简要讨论了润湿性测试用陶瓷基板的制备工艺，发现采刚热压烧结(HP)工艺(Ar保护、压力为30MPa、在1800℃下保温1h)可以制各山致密度达97％以上的陶瓷基板。详细研究了金属陶瓷中不同碳化物对Ni的润湿性，指山在Tt(c’N)固溶体中添加M02c、Tac、wc、vC和Nbc等碳化物都能降低金属Ni／(Ti，Me)(c，N)体系的接触角(∞。添加一元碳化物对改善润湿性能力大小依次为：M02c>Tac>wC>VC>Nbc。添加多元碳化物能够使Ni对Ti(c，N)蚓溶体的接触角持续降低。研究发现，Ni／fn，Me)(c’N)体系的润湿机理是存在

3、元素扩散与金属胸瓷互溶的反应性润湿。而在研究润湿性与陶瓷相价电子结构的关系时发现．多元陶瓷相的价电子结构参数(”一)随碳化物添加量的增加而增加，碳化物对HA影响大小依次为VC>M02C>NbC>Wc>Tac；建立了陶瓷相最强键上共价电子数(”Aj、润湿性(接触角口)以及陶瓷相成份(x)之间的关系：发现了添加Mozc可使陶瓷相与金属相的界面电子密度增火．润湿性得到改善，界面得到强化．金属陶瓷的强韧性也得以提高。其次，研究了纳米TiN改性Tic基金属陶瓷的组织与性能。发现添加纳米TIN或复合添加纳米一微米TiN可以增强Tic基金属陶瓷材料；随纳米TiN的添加量的增加，金属陶瓷

4、材料的组纵都得到了细化，材料力学性能得到提高；当添加6～8州％的纳米TiN时可以获得最优的力学性能；组织细化和力学性能提高的原因与在基体(Tic)晶界处分布的纳米TIN颗粒可以有效钉扎Tic晶粒的运动有关。而Mo含量对5co．5Ni和10co．10Ni纳米改性金属陶瓷的组织的影响不尽相同。研究发现，随Mo添加量的增人，材料的断裂韧性和抗弯强度下降：当Mo添加量为4、vt％时，材料的断裂韧性和抗弯强度都达到虽大值。纳米TiN增强金属陶瓷的机制有细品强化、弥敞强化和固溶强化。本文还研究了纳米改性金属陶瓷刀具的切削性能和磨损机理。结果表明，在切削正火态45#钢、灰铸铁、淬硬钢年

5、¨不锈钢时，与YTl5硬质合金刀具和YG8刀具相比，纳米改性金属陶瓷刀具寿命明显较高。而与未进行纳米改性的金属陶瓷刀具相比，纳米改性金属陶瓷刀具的切削性能与耐磨性有了较大的提高。纳米改性金属陶瓷刀具在vc=200m／min。400m／min下切削正火态45#钢时，刀具主要的磨损机制为：磨粒磨损、扩散磨损和氧化磨损：刀具在较高速度下切削灰铸铁时磨损机理为粘结磨损、扩散磨损和氧化路损。刀具在切削淬火态45#钢时主要以崩刃的形式失效。最后，文章研究了纳米改性金属陶瓷的热冲击性能。结果发现，随着热冲击循环次数的增加，试样表面的孔洞数量、孔洞尺寸以及裂纹尺寸都明显增加。与未进行纳米

6、改性的金属陶瓷相比。纳米改性j金属陶瓷抗热冲击性能明显较好。关键词：纳米增强金属陶瓷显微组织润湿性切削性能¨价电子结构热冲击性能ResearchontheTi(C，N)_basedCermetsofHighPerformanceandCuttingPropertiesofCermetsCuttersABSTACTInordertoimprovethestrengthandtoughnessofTi(C，N)cermetsemcientIyandmakecermetswinmoreandmorewide。applications，wettabilityofnickelonv

7、ariouscarbidesincermets，relationshipbetweenValenceelectronstructure(VES)andwettability，themicrostructuresandmechanicalpropertiesofTi(C，N)一basedcermetsmateria【swithnano—TiNmodinc砒ionsandcuttingpropertiesofcermetscuttersareinvestigatedsystematicaIIyinthisdissertationb