论文摘要
本文采用粉末冶金方法制备了不同成分及粒度的Ti（C,N）基金属陶瓷。研究了化学成分、粉末粒度及渗硼处理对Ti（C,N）基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。并研究了纳米改性Ti（C,N）基金属陶瓷的抗热震性能和切削性能。首先,介绍了Ti（C,N）基金属陶瓷的发展过程、制备方法、显微组织、力学性能、抗热震性能及切削性能。重点概述了金属陶瓷的制备方法,包括陶瓷相粉末的制备方法、成形方法、烧结方法等,并对比了各种方法的优缺点。总结了Ti（C,N）基金属陶瓷的显微组织和力学性能的表征方法以及影响因素,同时指出了化学成分、制备工艺、粉末粒度对Ti（C,N）基金属陶瓷显微组织和力学性能的具体影响。分析了Ti（C,N）基金属陶瓷的应用前景及本文的研究目的和意义。其次,对不同Mo含量的超细Ti（C,N）基金属陶瓷组织和力学性能进行了研究。研究发现Mo以固溶体（Ti,Mo,W）（C,N）的形式存在于Ti（C,N）基金属陶瓷中,该固溶体与Ti（C,N）的晶体结构相同、点阵常数相近;Mo的加入可细化晶粒、提高材料的相对密度、抗弯强度和硬度,固溶强化和细晶强化为主要强化机制。研究了ZrC含量对TiC基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。由于金属相对陶瓷相ZrC的润湿性不理想,导致材料相对密度下降;随着ZrC含量的不断增加,在TiC基金属陶瓷中逐渐形成富Zr的碳化物固溶体,并且显微组织细化,材料的强度与硬度有不同程度的降低,但是对完全致密材料的理论抗弯强度的计算结果表明,ZrC的加入量在一定范围内可大大提高材料的强度。随着Mo、WC的相继加入,发现材料成分为10%TiC-40%ZrC-14%Mo-15%WC-20%Ni-1%C的金属陶瓷显微组织由白色和灰色球状晶粒组成,同时存在相当数量的微孔洞和微裂纹。由于无芯晶粒增韧、微裂纹增韧和微孔洞增韧的作用,该试样的断裂韧性高达16.6 MPa·m1/2,比未加ZrC的金属陶瓷断裂韧性高出51%。此外,还研究了Zr对Ti（C,N）基金属陶瓷组织和断裂韧性的影响。结果表明Zr的加入使组织中无芯晶粒增多,晶粒细化,由于无芯晶粒增韧、裂纹偏转和分叉增韧等机制改善了Ti（C,N）基金属陶瓷的断裂韧性。再次,研究了不同金属相（20%Ni、10%Co-10%Ni、20%Co）对纳米改性Ti（C,N）基金属陶瓷显微组织、力学性能和抗热震性能的影响。发现纳米TiN的加入可明显改善金属陶瓷的力学性能,纳米改性的金属陶瓷中出现新的组织结构——灰芯结构,金属相Co有利于提高Ti（C,N）基金属陶瓷的硬度,而金属相Ni能提供更高的抗弯强度和断裂韧性。采用急冷-强度法、压痕-急冷法以及对试样端部预制缺口法分别测试了纳米TiN改性Ti（C,N）基金属陶瓷的抗热震性能。三种不同测试方法均表明,在三组不同金属相的试样中,相对于金属相为20%Co的金属陶瓷而言,金属相为10%Co-10%Ni的抗热震性能较好,20%Ni的抗热震性能最好。金属陶瓷的抗热震性能与材料的强度及断裂韧性密切相关,强度及韧性越高,抗热震性能越好。并且试验结果和理论计算吻合得很好。此外,纳米TiN改性的Ti（C,N）基金属陶瓷经过热震后,即便抗弯强度急剧降低,其硬度衰减率仍不到1%,表明材料的硬度受热震影响很小。最后,对纳米改性Ti（C,N）基金属陶瓷进行了表面渗硼处理。结果表明,渗硼处理后金属陶瓷表面组织中生成了一系列硼化物,其表面显微硬度明显升高。并且对比了渗硼前后Ti（C,N）基金属陶瓷刀具在不同速度下的切削性能,结果表明在相对较低的切削速度下,渗硼处理后的Ti（C,N）基金属陶瓷刀具的使用寿命要比未经渗硼处理的刀具寿命长。
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摘要ABSTRACT致谢第一章 绪论1.1 引言1.2 Ti（C，N）基金属陶瓷的发展概况1.2.1 金属陶瓷的类型及应用1.2.2 Ti（C，N）基金属陶瓷的发展概况1.3 Ti（C，N）基金属陶瓷的制备方法1.3.1 Ti（C，N）基金属陶瓷粉末的制备方法1.3.1.1 TiC粉末的制备1.3.1.2 TiN粉末的制备1.3.1.3 Ti（C，N）粉末的制备1.3.2 Ti（C，N）基金属陶瓷的成形方法1.3.3 Ti（C，N）基金属陶瓷的烧结方法1.3.3.1 真空烧结1.3.3.2 氮气烧结1.3.3.3 热压烧结1.3.3.4 自蔓延高温合成1.3.3.5 放电等离子烧结1.4 Ti（C，N）基金属陶瓷的显微组织和力学性能1.4.1 Ti（C，N）基金属陶瓷的显微组织及其表征1.4.2 Ti（C，N）基金属陶瓷力学性能及其测试方法1.4.2.1 抗弯强度1.4.2.2 硬度1.4.2.3 断裂韧性1.4.3 Ti（C，N）基金属陶瓷组织与力学性能的影响因素1.4.3.1 化学成分对Ti（C，N）基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响1.4.3.2 制各工艺对Ti（C，N）基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响1.4.3.3 粉末粒度对Ti（C，N）基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响1.5 Ti（C，N）基金属陶瓷的抗热震性能1.5.1 Ti（C，N）基金属陶瓷的抗热震性能的研究方法1.5.2 Ti（C，N）基金属陶瓷的抗热震性能的影响因素1.6 Ti（C，N）基金属陶瓷刀具1.6.1 切削刀具材料的种类1.6.2 Ti（C，N）基金属陶瓷的切削性能1.6.3 Ti（C，N）基金属陶瓷的应用前景1.7 本文研究的目的和意义第二章 Mo含量对超细Ti（C，N）基金属陶瓷显微组织与力学性能的影响2.1 引言2.2 试样的制备及测试方法2.2.1 试样的制备2.2.2 测试方法2.3 试验结果与分析2.3.1 Mo含量对金属陶瓷物相的影响2.3.2 Mo含量对金属陶瓷试样相对密度的影响2.3.3 Mo含量对金属陶瓷试样显微组织的影响2.3.4 Mo含量对金属陶瓷试样力学性能的影响2.3.4.1 Mo含量对金属陶瓷试样抗弯强度的影响2.3.4.2 Mo含量对金属陶瓷试样硬度的影响2.3.4.3 Mo含量对金属陶瓷试样断裂韧性的影响2.4 本章小结第三章 ZrC含量对TiC基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响3.1 引言3.2 试样的制备及测试方法3.2.1 试样的制备3.2.2 测试方法3.3 ZrC含量对TiC-ZrC-10%Co-10%Ni-1%C系金属陶瓷组织与性能的影响3.3.1 ZrC含量对TiC基金属陶瓷物相的影响3.3.2 ZrC含量对TiC基金属陶瓷相对密度的影响3.3.3 ZrC含量对TiC基金属陶瓷显微组织的影响3.3.4 ZrC含量对TiC基金属陶瓷力学性能的影响3.3.4.1 ZrC含量对抗弯强度的影响3.3.4.2 ZrC含量对硬度的影响3.3.4.3 ZrC含量对断裂韧性的影响3.4 ZrC含量对TiC-ZrC-14%Mo-20%Ni-1%C系金属陶瓷组织与性能的影响3.4.1 ZrC含量对TiC基金属陶瓷物相的影响3.4.2 ZrC含量对TiC基金属陶瓷相对密度的影响3.4.3 ZrC含量对TiC基金属陶瓷显微组织的影响3.4.4 ZrC含量对TiC基金属陶瓷力学性能的影响3.4.4.1 ZrC含量对抗弯强度的影响3.4.4.2 ZrC含量对硬度的影响3.4.4.3 ZrC含量对断裂韧性的影响3.5 ZrC含量对TiC-ZrC-14%Mo-15%WC-20%Ni-1%C系金属陶瓷组织与性能的影响3.5.1 ZrC含量对TiC基金属陶瓷物相的影响3.5.2 ZrC含量对TiC基金属陶瓷相对密度的影响3.5.3 ZrC含量对TiC基金属陶瓷显微组织的影响3.5.4 ZrC含量对TiC基金属陶瓷力学性能的影响3.5.4.1 ZrC含量对抗弯强度的影响3.5.4.2 ZrC含量对硬度的影响3.5.4.3 ZrC含量对断裂韧性的影响3.6 Mo、WC对TiC基金属陶瓷组织和性能的影响3.6.1 Mo、WC对TiC基金属陶瓷组织的影响3.6.2 Mo、WC对TiC基金属陶瓷力学性能的影响3.7 本章小结第四章 Zr增韧Ti（C，N）基金属陶瓷4.1 引言4.2 试样的制备及测试方法4.2.1 试验原料4.2.2 制备工艺4.2.3 力学性能测试、组织和断口形貌观察4.3 试验结果与分析4.3.1 XRD物相分析4.3.2 Zr含量对Ti（C，N）基金属陶瓷组织的影响4.3.3 Zr含量对Ti（C，N）基金属陶瓷断口的影响4.3.4 Zr含量对Ti（C，N）基金属陶瓷相对密度和硬度的影响4.3.5 Zr含量对Ti（C，N）基金属陶瓷断裂韧性的影响4.4 本章小结第五章 纳米改性Ti（C，N）基金属陶瓷的显微组织和力学性能5.1 引言5.2 试样的制备及测试方法5.2.1 试样的制备5.2.2 测试方法5.3 试验结果与分析5.3.1 纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷的物相标定5.3.2 纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷的显微组织及断口形貌5.3.3 力学性能分析5.4 本章小结第六章 纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷的抗热震性能6.1 引言6.2 试样的制备及测试方法6.2.1 试样的制备6.2.2 测试方法6.3 试验结果与分析6.3.1 急冷-强度法测试纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷的抗热震性能6.3.2 压痕-急冷法测试纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷的抗热震性能6.3.3 预制缺口法测试纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷的抗热震性能6.4 本章小结第七章 渗硼处理对纳米改性 Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响7.1 引言7.2 试验方法7.2.1 试样的制备7.2.2 渗硼试验7.2.3 切削试验7.3 试验结果与分析7.3.1 Ti（C，N）基金属陶瓷试样渗硼后的X射线分析7.3.2 Ti（C，N）基金属陶瓷试样渗硼后的组织7.3.3 Ti（C，N）基金属陶瓷试样渗硼后的抗弯强度7.3.4 Ti（C，N）基金属陶瓷试样渗硼后的硬度7.3.5 渗硼处理对Ti（C，N）基金属陶瓷刀具的切削性能的影响7.3.5.1 切削速度对刀具寿命的影响7.3.5.2 渗硼处理对刀具寿命的影响7.3.5.3 Ti（C，N）基金属陶瓷刀具的磨损机理7.4 本章小结第八章 全文主要结论参考文献攻读博士学位期间发表的论文
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