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纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷组织、性能及抗热震性能的研究

作　者: 张宏亮
导　师: 刘宁
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料学
关键词: Ti(C,N)基金属陶瓷 WC添加量 显微组织 力学性能 抗热震性能
分类号: TG148
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


自Ti(C,N)基金属陶瓷问世之后，由于其优异的力学性能和物理性能而得到了人们的广泛关注及研究，并在实际中得到了广泛的应用。本文在对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能、物理性能、显微组织及裂纹扩展状态研究的基础上，分别用急冷—强度法和压痕—急冷法，系统的研究了金属陶瓷的抗热震性能及其相关机理。首先，利用粉末冶金方法和真空烧结法制备了不同WC添加量的Ti(C,N)基金属陶瓷，通过XRD、SEM、EDS等手段研究了WC添加量对金属陶瓷组织及力学性能的影响。研究结果表明：添加适量的WC可以细化晶粒，当WC添加量为15%时，Ti(C,N)基金属陶瓷的晶粒最细且分布较均匀，WC添加量超过15%后，其晶粒粗化；金属陶瓷的抗弯强度随WC添加量的增加而增大，维氏硬度与断裂韧性均呈现先升高后降低的趋势，WC添加量为10%时硬度最大，在WC添加量为15%时，金属陶瓷的断裂韧性最大。其次，利用急冷—强度法测试了WC添加量、热循环次数和热震温度对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响。实验结果表明：金属陶瓷热震残留强度不产生大幅度下降的临界温差随WC添加量的增加而升高；金属陶瓷的热震残留强度随着热循环次数的增加而下降；热震温度愈高，金属陶瓷强度衰减率愈大。利用压痕—急冷法研究了金属陶瓷的裂纹扩展速率。实验结果表明：WC添加量为15%时，Ti(C,N)基金属陶瓷试样的裂纹扩展最慢。通过陶瓷材料的抗热震性评价理论，利用实验测得的金属陶瓷的力学性能和计算得到的物理性能对Ti(C,N)基金属陶瓷的抗热震性能进行了计算。计算结果与实验结果吻合良好，说明金属陶瓷的抗热震性能与其物理性能和力学性能有着紧密的联系。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
致谢  7-12
第一章 绪论  12-24
  1.1 引言  12
  1.2 刀具材料  12-16
    1.2.1 高速钢刀具  13
    1.2.2 硬质合金刀具  13-14
    1.2.3 涂层刀具  14
    1.2.4 陶瓷刀具  14
    1.2.5 聚晶金刚石及立方氮化硼刀具  14-15
    1.2.6 金属陶瓷刀具  15-16
  1.3 Ti(C,N)基金属陶瓷的发展概况  16-17
  1.4 Ti(C,N)基金属陶瓷的制备技术  17-21
    1.4.1 粉末制备方法  18
    1.4.2 球磨工艺  18-19
    1.4.3 成形工艺  19-21
    1.4.4 烧结工艺  21
  1.5 Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织  21-23
  1.6 本课题研究的目的和意义  23-24
第二章 方案设计  24-27
  2.1 实验方案设计  24
  2.2 Ti(C,N)基金属陶瓷的成分设计  24-25
  2.3 金属陶瓷试样的理论密度与质量  25-26
    2.3.1 试样的理论密度  25-26
    2.3.2 预制试样的质量  26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 Ti(C,N)基金属陶瓷的制备及性能测试  27-33
  3.1 金属陶瓷试样的制备方法  27
  3.2 金属陶瓷试样的制备过程  27-30
    3.2.1 混料  27-28
    3.2.2 压制成形  28
    3.2.3 烧结  28-30
    3.2.4 试样后处理  30
  3.3 金属陶瓷试样的性能测试  30-32
    3.3.1 密度测试  30
    3.3.2 抗弯强度测试  30-31
    3.3.3 维氏硬度和断裂韧性测试  31-32
  3.4 金属陶瓷的物相分析和组织观察  32
    3.4.1 XRD 物相分析  32
    3.4.2 SEM 观察及 EDS 能谱分析  32
  3.5 本章小结  32-33
第四章 WC 添加量对 Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响  33-43
  4.1 金属陶瓷的 XRD 分析  33-34
  4.2 金属陶瓷的显微组织  34-36
  4.3 金属陶瓷的断口形貌和裂纹扩展路径  36-39
  4.4 金属陶瓷的力学性能  39-42
    4.4.1 金属陶瓷的孔隙度  39-40
    4.4.2 金属陶瓷的抗弯强度  40-41
    4.4.3 金属陶瓷的维氏硬度  41
    4.4.4 金属陶瓷的断裂韧性  41-42
  4.5 本章小结  42-43
第五章 Ti(C,N)基金属陶瓷的抗热震性能  43-55
  5.1 引言  43
  5.2 Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的测试方法及实验过程  43-45
  5.3 实验结果  45-50
    5.3.1 不同热震温度下金属陶瓷的热震残留强度  45-49
    5.3.2 循环次数对金属陶瓷热震残留强度的影响  49
    5.3.3 金属陶瓷热震后的硬度  49-50
  5.4 金属陶瓷的热震裂纹扩展速率  50-54
  5.5 本章小结  54-55
第六章 全文总结  55-56
参考文献  56-62
攻读硕士学位期间发表的论文  62-64

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 金属陶瓷材料
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