添加剂对Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能影响

陈军强 孙青竹 万桂林 吕雯 杨芮

摘  要：Ti（C，N）基金属陶瓷作为一种新型的刀具材料，具有密度低、室温硬度和高温硬度高、化学稳定性和抗氧化性好、耐磨性好、更高的性价比等优点，性能优于传统刀具材料WC基硬质合金。通过加入不同添加剂可以改变Ti（C，N）基金属陶瓷硬质相与包覆相之间的润湿性能，改善体系的烧结性、综合力学性能和机械的切削性能。该文介绍了不同添加剂对Ti（C，N）基金属陶瓷的力学性能影响。

关键词：添加剂  Ti（C，N）基金属陶瓷  力学性能

中图分类号：TG14    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（a）-0054-02

Abstract： Compared with traditional tool materials WC based cemented carbide，as a new type of cutting tool material， Ti（C，N）-based cermet has many advantages， such as  low density， high room temperature hardness and high temperature hardness， good chemical stability and oxidation resistance， good wear resistance and higher cost performance. The wetting property between the hard phase of and the coating phase the Ti（C，N）-based cermet can be changed by adding different additives， and the sinterability， comprehensive mechanical properties and mechanical cutting properties of the system are improved. The mechanical properties of Ti（C， N）-based ceramics with different additives are introduced in this paper.

Key Words： Additive; Ti（C，N）-based cermets; Mechanical property

1  钛基金属陶瓷概述

用钛基陶瓷制备的刀具具有优良的耐磨性、耐热性、红硬性，在高速切削环境下对新月形孔具有良好的耐磨性[1]，与传统的基于WC的硬质合金刀具相比性价比更高。然而，由于钛基陶瓷的脆性，已成为制约其蓬勃发展的瓶颈。Ti（C，N）基陶瓷使用tic，TiN单体粉末或Ti（C，N）固体溶液粉末作为黑色核心的硬相，通常是金属Ni、Co，可作为白色粘结相，研究中通过添加Mo、Mo2C、Cr3C2、TaC、TiN，可以改变硬相和包覆相之间的润湿性能，以及烧结、综合力学性能，并可提高系统的机械切削性能[2-3]。

2  添加剂对Ti（C，N）基金属陶瓷的影响

2.1 Mo2C对Ti（C，N）基金属陶瓷的影响

Mo2C的引入对于金属陶瓷来说具有里程碑式的意义，其加入使TiC/TiN颗粒被形成的（Ti，Mo）C/（Ti，Mo）（C，N）环形相包裹，该环形相对粘结相和硬质相间润湿性的改善使刀具可靠性显著提升，金属陶瓷的切削应用范围得以扩展。Mo或Mo2C含量的添加，金属陶瓷的硬度是先增大后降低，Mo或Mo2C含量为10wt.%时，Ti（C，N）基金属陶瓷的维氏硬度值很大。随着Mo含量的添加，Ti（C，N）基金属陶瓷断裂韧性会降低。这是由于在Ti（C，N）基金属陶瓷材料中，断裂韧性与晶粒颗粒大小有关，断裂源沿着晶界開始运动，遇到较为粗大的晶粒时，路径会变得曲折，从而消耗更多的断裂功，消耗断裂功多，断裂韧性值相对就高。当然，当断裂源运动时到触碰到细小晶粒时，路径平滑，使用的断裂功相对较小，断裂韧性值就相对较低。此外，Mo过量会导致灰色环相过厚，而环相为脆性相，都可使断裂韧性趋势不断下降[4-5]。

2.2 WC对Ti（C，N）基金属陶瓷的影响

WC在Ti（C，N）基金属陶瓷中有着与Mo/Mo2C相似的作用，WC的存在使Ti（C，N）基金属陶瓷在液相烧结时，增加液相的数量，促进金属陶瓷致密化。WC同时能够固溶强化粘结相，其机理为提高Ti（C，N）硬质相在粘结相中的溶解度，使越来越多的重金属元素溶解到在粘结相中，从而起到固溶强化粘结相的作用。对于含氮量较高的Ti（C，N）基金属陶瓷，WC有利于提升材料的抗热震动性，从而有效地改善了材料的抗变形能力。

2.3 TaC对Ti（C，N）基金属陶瓷的影响

TaC和TiC都属于NaCl型立方晶型，它对金属陶瓷性能的影响与WC也比较的相似。加入一定量的TaC可以与TiC 形成（Ti，Ta）C固溶体，提高金属陶瓷的强韧性，同时抑制硬质相晶粒的长大[6]，显著增加硬质合金抗热冲击、抗月牙洼磨损及抗氧化的能力，并提高陶瓷材料的红硬性[7]、高温硬度和抗热震性，从而改善其抗高温形变的能力。

2.4 VC对Ti（C，N）基金属陶瓷的影响

VC具有高熔点（2645℃～2815℃）及高硬度（2600HV），在金属陶瓷中不易溶解，因此VC经常作为晶粒生长抑制剂使用。VC的加入使金属陶瓷的晶粒得到细化，抗弯强度、硬度提高，断裂韧度下降。

参考文献

[1] 张茜，刘兵，陈慧.Ti（C，N）基金属陶瓷刀具材料的性能影响因素[J].重庆文理学院学报：社会科学版，2014，33（5）： 5-10.

[2] 张恒.Mo2NiB2基金属陶瓷的制备及其组织性能研究[D].武汉科技大学，2016.

[3] 唐慧兰.Ti（C，N）基金属陶瓷刀具材料及切削性能研究[D].合肥工业大学，2012.

[4] 陈敏，张雪峰，肖玄.Mo添加剂对（Ti，V，Mo）C基金属陶瓷组织与性能的影响[J].钢铁钒钛，2018，39（5）：54-59.

[5] 张晓明，傅又红，彭凌洲等.WC/Mo2C比例对金属陶瓷组织和性能的影响[J].硬质合金，2018，35（5）：324-329.

[6] 张浩，朱芳.钽、铌碳化物制备技术的研究进展[J].稀有金属与硬质合金，2009，37（2）：47-49.

[7] 周菊秋，黄列如，谭日善，等.中国钽、铌碳化物的生产和应用[J].稀有金属材料与工程，1998，27（1）：26-31.