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Ti(C,N)基金属陶瓷材料主要应用在切削加工领域,然而由于较低的韧性极大的限制了 Ti(C,N)基金属陶瓷应用。设计不同结构的Ti(C,N)基金属陶瓷,提高精加工的效率;拓展应用范围由半精加工、精加工进一步到粗加工领域;延伸使用范围由切削刀具材料进一步为油井钻头关键部件和轧辊材料,在工程中具有重要意义。因此,根据Ti(C,N)基金属陶瓷在实际工程应用中的需要,对其组织结构的设计进行深入系统的理论分析和试验研究是十分必要和紧迫的。本文以材料的断裂力学为基础,设计了不同结构的Ti(C,N)基金属陶瓷,采用了真空烧结、气氛压力烧结、放电等离子烧结等方法制备了 Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了颗粒(WC-Co颗粒、Ti(C,N)基陶瓷颗粒)、组织结构(双结构)、NiTi纤维对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。完成的主要研究工作总结如下:(1)采用真空烧结制备了 Ti(C,N)-Co-Mo-C-(WC-Co)颗粒金属陶瓷。研究了WC-Co颗粒对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,WC-Co颗粒较为均匀的分布在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上,在颗粒和基体上存在一个过渡层。随着粗WC-Co颗粒含量的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷致密度、抗弯强度和断裂韧度先增加后降低,硬度不断降低。随着细WC-Co颗粒含量的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷致密度、抗弯强度和断裂韧度不断增加,硬度不断降低。含WC-Co颗粒的Ti(C,N)基金属陶瓷的断口形貌包括两个部分:WC-Co颗粒的解理和基体硬质相颗粒的沿晶和穿晶断裂。其主要的韧化机制是裂纹分叉和裂纹偏转。(2)采用气氛压力烧结的方法制备了含Ti(C,N)基金属陶瓷复合颗粒的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了 Ti(C,N)基金属陶瓷复合颗粒对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷颗粒较为均匀的分布在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上,随着Ti(C,N)基金属陶瓷颗粒含量的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷致密度、抗弯强度不断降低,硬度不断增加,断裂韧度先增大后降低。含Ti(C,N)基金属陶瓷颗粒的Ti(C,N)基金属陶瓷的断口形貌包括两个部分:Ti(C,N)基金属陶瓷颗粒的解理和基体硬质相颗粒的沿晶和穿晶断裂。其主要的韧化机制是裂纹分叉。(3)采用真空烧结制备了双结构Ti(C,N)基金属陶瓷(粗颗粒原料采用纳米TiC)。研究了不同颗粒尺寸和WC含量的双结构Ti(C,N)基金属陶瓷组织、性能和断裂行为。结果表明,双结构金属陶瓷主要有两部分组成:Ti(C,N)基金属陶颗粒粗颗粒和基体相。Ti(C,N)基金属陶颗粒(纳米TiC)较为均匀的分布在基体上。Ti(C,N)基金属陶瓷颗粒内部的组织主要是黑芯/灰壳和黑芯/连续的白色内环形相/连续的灰色外环形相;基体组织主要是Co,此外还有黑芯/灰壳、白芯/灰壳、黑芯/白色内环形相/灰色外环形相和无芯四种组织等。发现了一种四层的组织.黑芯/灰黑色内环形相/白色内环形相/白色内环形相。随着WC含量的增加,颗粒的尺寸无明显变化,基体的白芯和无芯数量逐渐增加。随着颗粒尺寸的增加,双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度逐渐减小,断裂韧度不断增加。随着WC含量的增加,双结构Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度和断裂韧度逐渐增加,硬度有所降低。双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的断口形貌包括两个部分:撕裂棱和颗粒拔出。主要韧化机制:裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹桥接、微裂纹和拔出效应。(4)采用真空烧结制备了双结构Ti(C,N)基金属陶瓷(粗颗粒原料采用微米TiC)。研究了不同颗粒尺寸的双结构Ti(C,N)基金属陶瓷组织、性能和断裂行为。结果表明,双结构金属陶瓷主要有两部分组成:Ti(C,N)基金属陶颗粒粗颗粒和基体相。Ti(C,N)基金属陶颗粒(微米TiC)较为均匀的分布在基体上。基体组织主要是Co,此外还有黑芯/灰壳、白芯/灰壳、黑芯/白色内环形相/灰色内环形相/灰色外环形相四种组织等。随着颗粒尺寸的增加,双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度逐渐降低,断裂韧度不断增加。双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的断口形貌主要包括两个部分:撕裂棱和颗粒拔出。主要的韧化机制是偏转、裂纹分叉、裂纹桥接、微裂纹和拔出效应。(5)采用真空烧结制备了超粗颗粒双结构Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了超粗颗粒的双结构Ti(C,N)基金属陶瓷组织、性能和断裂行为。结果表明,双结构金属陶瓷主要有两部分组成:超粗颗粒和基体相。超粗颗粒的均匀分布在基体上,添加WC对超粗颗粒的尺寸没有明显的影响。不含WC的超粗颗粒双结构金属陶瓷的颗粒组织主要是传统的黑芯/灰壳组织;基体组织主要是Co,此外还可以发现无芯组织。含WC的超粗颗粒双结构金属陶瓷的颗粒组织主要是传统的黑芯/灰壳以及黑芯/不连续的白色内环形相/连续的灰色外环形相组织;基体组织主要是Co,此外还可以发现白芯/灰壳和无芯组织。双结构金属陶瓷的硬质相种类比常规的金属陶瓷种类更加丰富。随着颗粒尺寸的增加,超粗颗粒双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度、硬度和致密度逐渐减小,断裂韧度不断增加。添加WC到超粗颗粒双结构Ti(C,N)基金属陶瓷,可以明显提高材料的抗弯强度、断裂韧度和致密度,然而硬度有所下降。对比超粗颗粒双结构Ti(C,N)基金属陶瓷和相同成分的常规金属陶瓷可以发现,双结构金属陶瓷的断裂韧度明显提高。双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的断口形貌包括两个部分:撕裂棱和超粗颗粒拔出。主要韧化机制:裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹桥接、微裂纹和拔出效应。(6)采用放电等离子烧结的方法制备Ti(C,N)/NiTi金属陶瓷材料。研究了 NiTi纤维对Ti(C,N)基金属陶瓷组织、性能、相变和断裂行为的影响。NiTi纤维较为均匀的分布在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上,随着同NiTi纤维的增加,基体上纤维呈现的也就越多,基体的硬质相晶粒尺寸不断减小。NiTi纤维表面有TiC和Ni产生。含NiTi的Ti(C,N)基金属陶瓷在加热过程中存在马氏体相变现象。随着NiTi纤维含量的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷致密度有所上升,抗弯强度不断增加,硬度不断降低。含NiTi纤维的Ti(C,N)基金属陶瓷的断口形貌包括两个部分:NiTi纤维的拔出和基体硬质相颗粒的沿晶和穿晶断裂。主要的强化机制包括:NiTi纤维具有超弹性、纤维的拔出效应以及基体和纤维的脱粘。