【摘 要】
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TiC钢结硬质合金是以TiC为硬质相,钢为粘结相的一种复合材料。与普通合金钢相比,因为添加了硬质相而硬度较高;与硬质合金和金属陶瓷相比,硬度和强度有所不足但韧性较好且成本低廉,具有很高性价比,在工模具、耐磨件中有多应用。本文通过X射线衍射分析技术,扫描电镜,X射线能谱等测试手段研究了两步法烧结工艺参数、Cr3C2和VC的添加对TiC钢结硬质合金显微组织和力学性能的影响规律,制备出高性能TiC钢结硬
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TiC钢结硬质合金是以TiC为硬质相,钢为粘结相的一种复合材料。与普通合金钢相比,因为添加了硬质相而硬度较高;与硬质合金和金属陶瓷相比,硬度和强度有所不足但韧性较好且成本低廉,具有很高性价比,在工模具、耐磨件中有多应用。本文通过X射线衍射分析技术,扫描电镜,X射线能谱等测试手段研究了两步法烧结工艺参数、Cr3C2和VC的添加对TiC钢结硬质合金显微组织和力学性能的影响规律,制备出高性能TiC钢结硬质合金;研究了退火、淬火和回火工艺对TiC钢结硬质合金的显微组织和力学性能的影响;研究其高温抗氧化性和机理。首先研究了两步烧结法的关键工艺参数（T1、t1、T2、t2）对显微组织和力学性能的影响,得到最优的两步法烧结工艺为第一步烧结温度T1为1390℃,保温时间t1为0min,第二步烧结温度T2为1330℃,保温时间t2为10h。与普通真空烧结制备的TiC钢结硬质合金相比,通过两步法工艺制备的TiC钢结硬质合金硬质相颗粒平均尺寸为2.63μm且综合力学性能最好。抗弯强度和硬度分别为2093.3MPa和87.3HRA。研究了Cr3C2和VC对TiC钢结硬质合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Cr3C2的添加严重降低致密度。VC的添加可以阻碍TiC在液相中的溶解从而抑制TiC颗粒长大。VC还可固溶进基体中起到固溶强化作用。但过量的添加会而导致较低的致密度,TiC团聚和长大现象严重,性能有所下降。当VC添加量为0.8wt%时硬质相颗粒分布均匀,硬质相颗粒平均尺寸小,力学性能好,抗弯强度为2201.5MPa,硬度为88.1HRA,硬质相平均尺寸为2.11μm。研究等温退火工艺对TiC钢结硬质合金的组织和力学性能影响规律发现:随着退火温度的提高和保温时间的延长,试样硬度呈现降低趋势。在880℃退火保温4h,并在720℃等温4h后随炉冷却,试样硬度为70.1HRA,钢基体组织为粒状珠光体。在950℃淬火保温2h油冷可提高钢结硬质合金的硬度为89.1HRA,此时钢基体组织为马氏体。通过淬火后再进行回火后空冷,随着回火温度的升高和保温时间的延长,硬度有所降低但抗弯强度有所提高。在250℃进行低温回火2h后可获得较高硬度为87.1HRA,而在650℃进行高温回火保温2h后时则获得较高的强度为2186.6MPa。在250℃回火保温2h,钢基体仍然保留马氏体特征,而随着回火温度升高马氏体形貌消失,基体呈现回火索氏体特征。在750℃的高温空气中对TiC钢结硬质合金进行高温氧化实验。生成的氧化膜共有三层:氧化层、过渡层和基体。氧化膜中主要有Fe2O3和Fe3O4。从过渡层到基体氧含量呈台阶式下降。TiC钢结硬质合金氧化符合抛物线规律,氧化100h后单位面积氧化增重为25.68 mg·cm-2。其氧化速率前期主要由表面化学反应速率控制,后期由氧离子扩散速率控制。
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