微波烧结Ti(C,N)基金属陶瓷的工艺及性能研究

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Ti(C,N)基金属陶瓷因其具有高的硬度、耐磨性以及良好的红硬性、热导率以及化学稳定性和抗粘结能力等,近年来越来越受国内外学者的青睐,是一种极具潜力的刀具材料。本论文采用新型快速烧结方法-微波烧结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷以及添加了晶粒长大抑制剂VC的Ti(C,N)基金属陶瓷试样,利用普通车床(型号为CA6140)对烧结后试样刀具进行切削试验;同时采用常规烧结方法进行对比研究。本论文重点探讨了烧结温度、保温时间以及不同晶粒长大抑制剂VC的添加量对微波烧结后的试样组织及力学性能的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM,带EDS)观察并分析了Ti(C,N)基金属陶瓷原料粉末的形貌及其断口形貌和孔隙分布,采用40倍工具显微镜观察试样刀具的磨损状态。得出如下研究结果:1、采用微波烧结技术性能较好的Ti(C,N)基金属陶瓷材料。随着烧结温度的升高,烧结体试样的抗弯强度及硬度均先增大后减小,在1450℃时出现最大值;随着保温时间的增加,烧结体试样的抗弯强度及硬度也呈现先增大后减小,在保温30min时出现最大值;因此,微波烧结Ti(C,N)基金属陶瓷合适的烧结工艺为在1450℃保温30min。2、与采用真空脱-蜡烧结一体炉的常规烧结方法相比,微波烧结使得其致密性、抗弯强度和硬度值均有提高,其抗弯强度及硬度值分别为1240MPa和92.6HRA,与常规烧结相比分别提高了1.8%和1.4%。因此采用快速新型的微波烧结技术可以能获得性能更好的Ti(C,N)基金属陶瓷。3、在微波与抑制剂VC的双重作用下,可以制备出晶粒更加细小、组织更加均匀、性能更加优异的超细Ti(C,N)基金属陶瓷。当晶粒生长抑制剂VC的添加量为0.75wt%时,得到的烧结试样的抗弯强度和硬度最大,分别为1243MPa和92HRA,且试样的晶粒最细小,分布最均匀。常规烧结的结果表明添加量为0.75wt%时,Ti(C,N)基金属陶瓷烧结后试样条的抗弯强度及硬度都是最好的。但与微波烧结相比,整体的力学性能没有微波烧结的效果好。4、在相同的切削用量条件下,采用微波烧结方法获得的Ti(C,N)基金属陶瓷试样刀具的整体力学性能要优于常规烧结得到的试样刀具。按金属陶瓷2的成分(添加了0.75wt%的晶粒长大抑制剂VC)设计的Ti(C,N)基金属陶瓷试样刀具表现的切削性能较按金属陶瓷1成分设计的试样刀具表现出的切削性能要好。5、对烧结后的试样刀具进行显微观测,发现在试样刀具的磨损区域与加工工件之间发生了成分的扩散。从能谱分析结果发现,试样刀具磨损区出现的粘附物主要是Fe和O。
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