【摘 要】
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高速切削刀具是降低能耗和加工成本,提高生产效率和加工质量,推动机械制造产业升级的关键工具之一。作为切削刀具材料,Ti（C,N）基金属陶瓷具有较高的硬度、强度和耐磨性,以及良好的高温性能、导热率和低密度等优点,在切削加工中表现出了良好的高速切削性能。然而,Ti（C,N）基金属陶瓷刀具还存在着强韧性不足的缺点,在使用过程中容易出现崩刃、碎裂的情况。为了进一步提高其应用范围,在不降低硬度的前提下提高强韧
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高速切削刀具是降低能耗和加工成本,提高生产效率和加工质量,推动机械制造产业升级的关键工具之一。作为切削刀具材料,Ti（C,N）基金属陶瓷具有较高的硬度、强度和耐磨性,以及良好的高温性能、导热率和低密度等优点,在切削加工中表现出了良好的高速切削性能。然而,Ti（C,N）基金属陶瓷刀具还存在着强韧性不足的缺点,在使用过程中容易出现崩刃、碎裂的情况。为了进一步提高其应用范围,在不降低硬度的前提下提高强韧性对于Ti（C,N）金属陶瓷的研究具有重要意义。本文以TiC、TiN、WC等成分为原材料,以Co元素作为金属粘结相,制备出了Ti（C,N）基金属陶瓷材料,分别研究了不同Ta含量、球磨方式和烧结方法对Ti（C,N）基金属陶瓷的显微组织和力学性能的影响。为实际生产提供理论支持和技术指导。具体工作如下:（1）采用湿磨法球磨混料,放电等离子烧结（SPS）制备出含有不同Ta含量的Ti（C,N）基金属陶瓷材料。研究发现,随着Ta含量的增加,硬质相的主要结构从无芯结构转变为白芯-灰环结构,金属陶瓷的晶粒得到了细化。Ta含量为5wt.%时,Ti（C,N）基金属陶瓷综合力学性能较好。（2）采用湿磨法球磨混料,真空烧结制备出含有不同Ta含量的Ti（C,N）基金属陶瓷材料。研究发现硬质相的主要结构为黑芯-白内环-灰外环结构。随着Ta含量的增加,金属陶瓷的颗粒得到了细化、数量在增多。硬质相中白内环厚度在增大,环形相厚度在减小。Ta含量为4wt.%时,Ti（C,N）基金属陶瓷综合力学性能较好。与通过SPS烧结得到的Ti（C,N）基金属陶瓷相比,真空烧结的硬度、抗弯强度和断裂韧性都更高。（3）采用干磨法球磨混料,真空烧结方法制备出含有不同Ta含量的Ti（C,N）基金属陶瓷材料。研究发现硬质相的结构为黑芯-灰环结构,随着Ta含量的增加,孔隙有明显的增多。Ta含量为2wt.%时,Ti（C,N）基金属陶瓷的综合力学性能较好。与通过湿磨法并真空烧结得到的Ti（C,N）基金属陶瓷相比,干磨法的硬度、抗弯强度和断裂韧性相对较低。综上研究结果表明,Ta含量为4wt.%时,采用湿磨法混料、真空烧结得到的Ti（C,N）基金属陶瓷具有最优的综合力学性能,硬度、抗弯强度、断裂韧性分别达到了1655.2HV、869.9MPa、11.57MPa?m0.5。
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