Ti_C_N_的碳氮比及粒度对脱_层梯度硬质合金的影响

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Ti(C,N)涂层刀切削磨损及应对措施

为减小刀具磨损，可对切削参数进行优化，在保证产品质量和加工效率的情况下选择切削力小的切削参数进行切削加工；还可优化涂层材料的成分，提高涂层材料的切削加工性，采用先进的多元、多层、梯度涂层体系，通过增加中间过渡层来改善涂层与基体的附着性，并在涂层时对刀具基体进行适当的预处理。
宋海潮讲师，硕士，主要从事材料加工工程
试验材料及条件
1 刀具材料刀具采用 Ti(C,N) 涂层 WC 基
硬质合金刀，切削硬度大于 HRC70。 Ti(C,N) 涂层材料成分见表 1。 2 工件材料
Cr12 型高碳高铬钢简称为 Cr12
型钢，其成分特点是高碳含量和高铬含量。具体化学成分见表 2。 3 切削试验
对刀具切削试样的性能测定如下：采用硬度计测定刀具试样硬度，采用三点弯曲法测定试样的抗弯强度，采用单边缺口梁法测定试样的断裂韧性。经过测量和计算得到的材料性能如表 3 所示。在刀具切削加工过程中全程监控刀具的磨损甚至破损的过程，分析刀具磨损失效的原因。
表2 Cr12化学成分（质量分数）
% 性的复合碳化物。由于 Co 的扩散，
WC、TiC 等碳化物会因粘结剂 Co 的
钢号
C
Mn
Si
Cr
Mo
V
减少而降低其与基体的粘结强度，这
Cr12
2.0~2.3
≤ 0.40
≤ 0.40 11.50~13.00
-
-
会加速刀具磨损。同时，由于温度上
升到一定程度就发生粘结，因此，扩
过载等。由于在不同切削条件下切削不
同的材料时，刀具的磨损机理有所不同：在低速切削时，往往以磨料磨损为主 [1] ；高速切削时，随着切削速度提高，切削温度增加，粘结磨损和化学磨损越来越突出。本文主要针对 Ti(C,N) 陶瓷涂层硬质合金刀切削 Cr12 模具钢时的刀具磨损失效进行分析研究。

TiN，TiC和Ti（C，N）涂层的性能及影响因素研究

TiN，TiC和Ti（C，N）涂层的性能及影响因素研究TiN,TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究唐达培.高庆,江晓禹(西南交通大学应用力学与工程系,l~tJiI成都610031)[摘要]TiN和TiC同属于NaC1形式的晶体结构,是同构互溶性的.Ti(C,N)是两者的固溶体.TiN和TiC及Ti(C,N)涂层具有优良的力学和摩擦学性能,作为硬质耐磨涂层,已用于切削刀具,钻头和模具等场合,具有广泛的应用前景.综述了国内外关于这3种涂层的研究成果.研究了影响其性能的若干因素,比较了它们的性能差异,为进一步优化涂层的性能及合理地选用涂层提供了参考.进一步的研究方向是高,低温及恶劣环境下涂层的性能以及更大载荷下涂层的摩擦学性能等.一些重要结果如下:(1)对TiN涂层而言,用CAPD比用CAIP制备时,涂层的摩擦因数小,结合强度大,硬度小;脉冲电压从550V增大到750V时,涂层脆性增加,结合强度减小;在多弧离子镀工艺中,500℃是最佳沉积温度,此时涂层的硬度和结合强度均最大.(2)对用反应磁控溅射制备的TiC涂层而言,用CH比用CH制备时,涂层的硬度大;CH分压在0.02～0.04Pa范围内为最佳,此时TiC涂层的硬度和弹性模量最大,分别是30.9GPa和343.0GPa.(3)对Ti(C,N)涂层而言,随CH:N或CH:N流量比的增大,其硬度增大;CH:N分压比对摩擦因数和磨损量的影响还与载荷的大小有关;TiCN涂层的硬度和弹性模量随值而变化,当为0.6左右时,硬度取最大值45GPa,当值为0.43左右时,弹性模量取最大值630GPa.[关键词]涂层;TiN;TiC;Ti(C,N);性能;影响因素;硬度;摩擦因数[中图分类号]TG174[文献标识码]A[文章编号]1001—1560(2005)03—0042—05 0引言TiN涂层具有硬度高,韧性好,结合强度高,摩擦因数小和化学性能稳定等优点,作为涂层用于加工刀具大大提高了其使用寿命和被加工产品的质量¨.但是,随着机械制造业要求的提高,切削刀具存在高温抗氧化性不足,硬度不够高等缺点.在各种新的涂层材料中,TiC涂层具有较好的综合性能,并且硬度比TiN更高,已成为主要选择之一.20世纪90年代通过多组元涂层,多层涂层,复合涂层提高了TiN涂层工模具的性能,取得了相当大的进展.TiN,TiC同属于NaC1形式的晶体结构,两者的晶格常数相差不大,是同构互溶性的.Ti(C,N)是TiN和TiC的固溶体,具有两者的特性和优点,Ti(C,N)与TiN相比有更好的抗粘着磨损和抗磨粒磨损性能,更低的摩擦因数,可以进一步提高切削刀具的生产效率和使用寿命.Ti(C,N)涂层的基本性能如形貌,结构和[收稿日期]2004—10—26[基金项目]教育部优秀青年教师基金成分在20世纪80年代已开始研究,mj.迄今为止,对于TiN,TiC及Ti(C,N)涂层的性能进行了大量研究,发现涂层的组分,厚度及工艺条件(如沉积温度,速度,压力等)对涂层性能有较大的影响,涂层的使用工况(如温度,速度,气氛,载荷等)对涂层摩擦磨损等性能有较大的影响.本工作对3种涂层的性能研究进行了评述,重点研究影响其性能的各种因素,同时比较了3种涂层性能的差异, 为涂层的合理选用和设计提供了依据,最后提出了进一步的研究方向.1影响涂层性能的因素1,1制备工艺用于制备TiN,TiC及Ti(C,N)涂层的工艺有物理气相沉积,化学气相沉积及各种复合工艺,如等离子体化学气相沉积,射频溅射沉积,离子束增强沉积,空心阴极离子镀,阴极电弧等离子沉积,阴极电弧离子镀,直流反应磁控溅射等.工艺不同,涂层的性能也可能不同.用CAPD比用CAIP制备TiN,TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究的TiN涂层的摩擦因数要低¨,可是若TiN涂层下有Ti作为夹层时,这2种工艺制备的TiN涂层的摩擦因数无明显差异;用CAPD制备的TiN涂层的磨损率随滑动速度增加而增加,而用CAIP制备的TiN涂层则有相反的结论;用CAPD比用CAIP 制备的TiN涂层的结合强度要大,但硬度要小. 1.2择优取向TiN涂层因制备的方法不同,取向也有所不同,如PVD方法制备的TiN涂层取向一般为(111),(200),而CVD制备的TiN涂层为(200), (220)取向.涂层择优取向对其质量和性能有影响,具有强烈TiN(111)择优取向的涂层表面光亮,硬度高,耐磨性好,与基体有较高的结合强度¨.对TiC涂层而言,用CH气体沉积时择优取向为(111),而用C:H:气体沉积时却朝着(111)和(220)取向竞争生长,TiC涂层的高硬度取决于TiC(220)峰的峰度.Ti(C,N)涂层的取向主要是(111),(200), (220).由于择优取向本身也受多种因素(基体温度,沉积速度,气体组分与压强以及外加电压等)的影响.一般来讲,提高温度有利于获得好的择优取向,而沉积速率越大,晶粒中的择优取向愈不明显. 因此,为了获得好的择优取向,基体温度和沉积速率之间应有一个最佳配合.气体组分与压强会影响原子在基体表面上的粘附系数和表面迁移率,而外加电压也会影响到达基体表面的粒子行为,因为它们都影响择优取向的类型及程度.1.3沉积电压,气压,气体配比,化学组分提高沉积电压可以细化TiN涂层的柱状晶结构,增加TiN涂层的显微硬度和沉积速率.脉冲偏压幅值在500～1700V,脉宽比在125～25的范围内,沉积温度低于250℃时膜层组织主要由Ti,N和TiN相构成,随脉冲偏压幅值和脉宽比的增大,晶面的择优取向由Ti:N(200)向(002)转变,柱状晶生长减弱;膜层具有较高的显微硬度和耐磨性,但在过高的脉冲偏压和脉宽比的沉积条件下,膜层性能有下降的趋势¨.随脉冲电压在550～750V之间逐渐增大,TiN晶粒增大,膜层脆性增加,沉积速率提高, 但膜基结合强度下降;在650V以下膜基界面有一伪扩散层出现,超过650V后伪扩散层消失,这是改善膜基结合强度的关键因素Ⅲ.TiC的反应溅射可采用各种含碳气体,如甲烷,乙炔等.高活性的乙炔气体可得到高硬度的TiC薄膜,但工艺和质量的重复性较差.甲烷等化学稳定的碳源气体能够保证工艺过程的良好控制,但常常达不到硬质膜所必需的化学计量比,致使镀层性能达不到要求.在这些沉积方法中,反应气体的分压将对所形成薄膜的相组成,微结构和力学性能产生重要作用.低的甲烷分压下,制备的薄膜样品中含有钛相,薄膜的硬度和弹性模量较低; 甲烷分压提高到0.02～0.04Pa时,薄膜内形成晶粒细小的单相TiC,并获得最高的硬度30.9GPa和弹性模量343GPa;进一步提高甲烷分压,薄膜呈现非晶态,其硬度和弹性模量亦随之降低¨引.在用PCVD法沉积TiC膜的过程中,TiC1和CH的流量是重要的控制参数,在一定的范围内可以提高TiC膜的硬度和沉积速率,但过多的TiC1和CH 会给TiC膜的结合强度带来不利的影响,氩气虽然可以提高TiC膜的沉积速率,但同时也降低了膜基的结合强度.制备Ti(C,N)涂层时,反应气体通常用CH与N:按一定比例混合,或者C:H:与N:按一定比例混合,其混合比例对Ti(C,N)涂层性能有一定的影响.随CH:N:或C:H::N:流量比的增大,膜的硬度增大,膜表面的针孔变小变少,膜呈现较强的(111)择优取向,且随流量比的增大而下降,(220)取向有轻微上升¨.CH:N:分压比对Ti(C,N)涂层性能也有影响,随CH:N:分压比的增加,粗糙度增加,即从TiN到TiC,粗糙度变大,TiC涂层的粗糙度最大;CH:N:分压比对摩擦因数和磨损量的影响还与载荷有关,在低载荷(10 N)下,分压比对摩擦因数和磨损量的影响很小,且摩擦因数和磨损量均很低,但在中等载荷(15N)或较高载荷(25N)下,摩擦因数和磨损量随CH-N:分压比的增加而减小,尤其是当CH-N:分压比在0.8:1.0以上时,Ti(C,N)涂层的摩擦因数都较低,当CH-N分压比为1:0时摩擦因数和磨损量最低,并且摩擦因数受载荷的影响最小.Ti(C, N)涂层中C,N组分对涂层性能的影响较大,在WC一6%Co基体上电弧沉积了TiCxN.一x(0≤≤1)涂层,图1为TiCN一中值对硬度,弹性模量的影响曲线,从图1可知,在z≤0.6时,TiCN一的硬度随值增大而增大,在I>0.6时,TiN,TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究硬度随值增大而减小,在为0.6附近硬度取最大值45GPa,比TiN(即为0时)的硬度28GPa和TiC(即为1时)的硬度36GPa都大;弹性模量在为0.6时约为610GPa,在为0或1时,弹性模量分别约为610GPa和540GPa,在约为0.43时,出现最大值630GPa.凸_图1电弧沉积的TiCN一涂层中值对硬度和弹性模量的影响日据翅案1.4温度在气相沉积过程中,沉积温度是一个重要的工艺参数.如果沉积温度超过淬硬钢的回火温度,沉积后淬硬钢就会软化,若低于某一沉积温度,涂层的性能就会受到影响.研究不同沉积温度下TiN 涂层的性能,对确定最佳沉积温度,提高TiN涂层性能是很有意义的.孙伟等研究了多弧离子镀沉积温度对TiN涂层性能的影响,得出500℃附近是最佳沉积温度,当低于500℃时,TiN涂层的硬度和结合强度均随沉积温度升高而增大,超过500℃后,硬度和结合力则迅速减小,对涂层的性能不利.赵程等采用先沉积后热处理'J,发现对PCVD.TiN涂层进行热处理时,随热处理温度的提高,涂层的结晶度得到大幅度的改善,使其显微结构向有利于提高涂层性能的方向发展,热处理温度对涂层的硬度有较大影响,但在900℃时,PCVD. TiN涂层的显微硬度有一个最低值.宋人娟对多弧离于镀TiN低温涂层进行了研究,得出低温涂层硬度在2000HV以上,比高温涂层的硬度低, 但低温TiN涂层具有低的摩擦因数,高的耐磨性和膜基结合强度.对PVD硬涂层来说,热稳定性是重要的影响因素.在不锈钢上用PVD沉积了TiN涂层,研究了热处理对其摩擦特性的影响,结果表明,TiN的硬度和摩擦因数在450℃前基本无变化.Tamu. ra等的研究表明,Ti(C,N)涂层经500℃焖火后,仍保持其硬度,而TiC涂层经400℃焖火后其硬度快速下降.对以热作模具钢3Cr2W8V为基体的气相沉积的Ti(c,N)和TiN硬质镀层的热磨损性能进行了试验研究J,结果表明,Ti(C,N)和TiN镀层都具有良好的高温耐磨性,在850℃以上的高温条件下,几种有镀层试样的热冲击磨损量都明显地比无镀层3Cr2W8V试样的磨损量低;镀层的高温软化和氧化都不明显;只有当模基界面结合不良或模基体系的承载能力不足时,才会发生镀层的剥落或碎裂.1.5涂层厚度,层数,涂层顺序TiN涂层厚度对涂层结合强度有影响,若涂层太薄(≤1.5m),在外力作用下涂层容易变形剥落,若涂层太厚(I>4.7m),涂层应力增加,其抗变形,抗剥落能力也会下降,涂层厚度在2.5—3.5 m为最佳.对单层和双层涂层及其厚度对涂层性能作了研究,结果表明,对单层TiN涂层来说,其结合强度随厚度的增加而减小,但对有下层Ti膜存在的Ti/TiN双层涂层来说,当上层的TiN 涂层的厚度从1m变到5m时,未见结合强度减小,然而极厚的下层Ti涂层也会引起上层TiN 结合强度的减小;在较高的滑动速度下,增加下层Ti膜的厚度会导致试样的硬度变小,增加上层TiN 膜的厚度会导致试样的硬度变大,上下两层厚度的变化对试样的摩擦因数影响很有限.加J.用Ti(C,N)作为上层涂层比用TiN作为上层涂层时,其厚度对结合强度的影响,前者要小;Ti (C,N)涂层厚度对其硬度的影响极大,当下层Ti厚度不变时,微硬度随上层Ti(C,N)厚度的增加而增加,当上层Ti(C,N)厚度不变时,微硬度随下层Ti厚度的增加而减小.涂层的厚度及层数主要取决于工况条件,不一定是层数越多性能愈好,膜层过厚会处于高的应力状态,涂层变脆,使其寿命缩短,通常单一硬质PVD或CVD涂层的厚度在1—10m之间,多层涂层的单层厚度一般不超过5m.研究表明,以TiN为顶层的Ti/Ti(C,N)/TiN多层膜,其自身的硬度及与基体的复合硬度均比以Ti(C,N)为顶层的Ti/,TiN/Ti(C,N)多层膜的高;但前者的临界摩擦力比后者小;前者的微凸体的数量随涂层厚度的增加而增加,而后者的微凸体的数量随涂层厚度的增加而减少.1.6基体涂层使用性能的好坏不仅取决于涂层本身的性能,而且还和基体材料的性能有关,尤其是基体TiN.TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究材料的硬度,只有建立在比较坚硬的基体材料上, 硬质涂层才能发挥出其优越的耐磨性能.基体材料硬度不同,则TiN涂层与基体的结合强度亦不同,基体硬度越大,TiN涂层与基体的结合越好圳,在实际应用中,要尽量使基体材料在沉积温度下保持高的硬度以提高涂层质量.基体表面粗糙度越小,涂层与基体的结合强度越高,基体表面粗糙度以抛光为佳.同样组分的TiCN涂层,在基体Si(100)上比在基体Ti-0.2Pd上其硬度和弹性模量都要高.高速钢W.Mo-V+si上的TiN和Ti(C,N)涂层比普通的烧结钢ASP23, ASP30上的涂层的结合性能要好.1.7载荷,滑动速度法向荷载对摩擦和磨损都有影响,随着法向荷载的增大,摩擦因数和磨损量都相应增大,其增大的幅度随碳含量的增多而减小L2.滑动速度的增加会导致摩擦因数和磨损率的减小.2展望研究更大载荷范围内涂层的摩擦,磨损及力学性能;进一步研究高/低温,恶劣环境下涂层的性能;涂层的影响因素较多,且很复杂,许多因素又存在相互影响,需系统地研究涂层的结构,界面特性及沉积工艺,参数对涂层的力学性能及摩擦学性能等的影响,为设计性能优良的涂层提供数据和理论依据;从微观方面上研究涂层的摩擦学特性及摩擦磨损机理,注重摩擦学特性与功能性的有机结合; TiN,TiC及Ti(C,N)3种涂层作为硬质耐磨涂层已显示出其优越性,应在保持其优良的摩擦学,力学性能的基础上,进一步研制与其他涂层的复合,扩大其应用范围;开发新的涂层试验研究方法,为涂层性能检测和微观形貌,结构及成分分析提供有力的支持;进一步开发新的涂层制备工艺和设备,以便更好地控制涂层的结构和组成.目前评价涂层摩擦磨损性能的好坏大多是做对比性试验研究,缺乏统一的标准.因此,对现象, 数据进行深人分析,从微观角度研究其基本的理论模型,为涂层的摩擦磨损建立起总体的,普遍适用的理论已成为一个亟待解决的课题.[参考文献][1]DiserensM,PatscheiderJ,LevyF.MechanicalProp—ertiesandOxidationResistanceofNanocompositeTiN.穗SiNxPhysica1.V apor.DepositedThinFilms[J].Sur- faceandCoatingTechnology,1990(120/121):158～165.SproulWD.TurningTestsofHighRateReactively Sputter.CoatedT.15HSSInserts[J].Surfaceand CoatingTechnology,1987,3(133):1～4. 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DobrzanskiLA,AdamiakM.StructureandProperties oftheTiNandTi(C,N)CoatingsDepositedinthePVD ProcessonHigh—SpeedSteels[J].JournalofMaterials ProcessingTechnology,2003(133):50—62. GuuYY,parisonoftheTriblological CharacteristicsofTitaniumNitrideandTitaniumCarbo. nitrideCoatingFilms[J].SurfaceandCoatingTech—nology,1996(85):146～155.GuuYY.LinJF.AiCF.TheTribologicalCharac? teristicsofTitaniumNitrideCoatings.PartI.Coating ThicknessEffects[J].Wear,1996(194):12～21.[编辑:王宇]本技术相关链接:1.《中国表面工程》,2004(2):18.2.《电镀与精饰》,2004(2):31.江苏兴化冶理水污染成果显着水乡江苏省兴化市打响了一场以农村水污染治理为重点的"环保整治战".2004年以来,全市共整治乡镇企业474家,关停4l家,投入整治资金1.03亿元.这是兴化历史上投入环保资金最多的一年.兴化市环保局局长赵诗坤介绍,去年,某乡镇经过艰苦谈判,引来了一笔2200多万元的电镀项目.但我们发现这个项目对河流污染比较大,随后向市领导提出否定的意见.市领导只回复了一句话,"招商引资可以无门槛,但环境保护必须有关口."(摘自中国表面工程信息网)。

TiCN的添加对WC-Co硬质合金性能的影响

TiCN的添加对WC-Co硬质合金性能的影响廖聪;弓满锋;李明圣;李曼【期刊名称】《机械工程材料》【年(卷),期】2018(042)006【摘要】采用粉末冶金+高温液相烧结制备得到TiCN含量(质量分数)分别为0,0.5％,1.0％,1.5％,2.0％的WC-Co硬质合金,研究了TiCN含量对该硬质合金微观形貌、致密性能和力学性能的影响.结果表明:当TiCN含量不大于1.0％时,硬质合金的晶粒尺寸分布均匀,孔隙、微裂缝和杂质偏析等缺陷相对较少,而大于1.0％时,缺陷数量增多,缺陷尺寸变大;随TiCN含量的增加,硬质合金的致密性能降低,维氏硬度先增大后减小,抗弯强度和断裂韧度均先降低后略有增大再降低;当TiCN含量为1.0％时,硬质合金的综合性能最佳.【总页数】5页(P78-82)【作者】廖聪;弓满锋;李明圣;李曼【作者单位】岭南师范学院机电工程学院,湛江 524048;岭南师范学院机电工程学院,湛江 524048;岭南师范学院机电工程学院,湛江 524048;岭南师范学院机电工程学院,湛江 524048【正文语种】中文【中图分类】TF124【相关文献】1.低压烧结温度对一步法制备超细晶WC-Co基硬质合金组织及性能的影响 [J], 鲍贤勇;张峰;鲁忠臣;曾美琴;朱敏2.WC-Co涂层中Cu和MoS2的添加对其高温摩擦性能的影响 [J], 袁建辉;祝迎春;雷强;占庆;丁思月;黄晶3.应力比对WC-Co硬质合金疲劳性能的影响 [J], 陈振华;黄瑞明;陈鼎;张忠健;徐涛4.稀土金属对超细晶WC-Co硬质合金组织和性能的影响 [J], 杨树忠; 唐炜; 肖颖奕; 王玉香; 张帆5.碳对WC-Co硬质合金烧结与性能的影响 [J], 聂洪波;喻志阳;陈德勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Ti(C,N)含量对硬质合金脱β层的形成及其CVD涂层刀具切削性能的影响

ｃａｒｂｉｄｅａｎｄｉｔｓｃｕｔｔｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣＶＤ－ｃｏａｔｅｄｔｏｏｌｓ
ＺｏｕＬｉｎｇｌｉ
（ＸｉａｍｅｎＧｏｌｄｅｎＥｇｒｅｔＳｐｅｃｉａｌＡｌｌｏｙＣｏ，Ｌｔｄ，Ｘｉａｍｅｎ，３６１００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｇｒａｄｉｅｎｔｓｉｎｔｅｒｅｄＷＣ — Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）一ＮｂＣ — ＣｏｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｓｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｗｉｔｈｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔＴｉ（Ｃ，Ｎ）
邹伶俐一
（厦门金鹭特种合金有限公司，厦门３６１００６）
摘要：本文通过改变原料中Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）的含量（０．５％和１．５％）（质量分数，下同），采用一步烧结法制备了ＷＣ — Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）一ＮｂＣ — Ｃｏ脱卢层硬质合金，并通过化学气相沉积（ＣＶＤ）技术制备ＴｉＮ／ＭＴ — ＴｉＣＮ／Ａ１Ｏ涂层硬质合金，研究的目的是比较Ｔｉ（ｃ，Ｎ）含量的微量变化对其脱层硬质合金的微观组织和物理力学性能，以及其涂层刀具车削４５＃钢的使用寿命的影响。研究结果表明：在两种合金的表层均形成了脱ＪＢ层，随着Ｔｊ（Ｃ，Ｎ）含量从０．５％增加至１．５％，脱卢层厚度从１１ｍ增加至３５ｍ，另外，ＷＣ平均晶粒度从１．９７ｍ减少至１．６０ｍ；矫顽磁力ＨＣ和维氏硬度ＨＶ３０提高，合金密度Ｄ和断裂韧性Ｋ，降低。涂层刀片的切削试验结果表明：高Ｔｊ（Ｃ，Ｎ）含量制备的涂层刀片的耐磨性略微降低，而抗冲击性能明显提高。

硬质合金各项参数之间的关系

硬质合金各项参数之间的关系硬质合金（硬质合金）是一种由碳化物、氮化物、钨钼钴硫化钒等粉末冶金材料制成的高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀的金属材料。

硬质合金广泛应用于切割工具、矿山工具、石油钻采工具、冲压模具等领域。

硬质合金的性能参数之间存在着复杂的关系，下面将详细介绍硬质合金各项参数之间的关系。

硬质合金的主要成分是钨碳化物（WC）和钴（Co），其它成分包括钼、铬、铌、钒等金属，这些成分的含量、配比和相互作用对硬质合金的性能具有重要影响。

硬质合金中钨碳化物的含量越高，硬度越大，但脆性也相应增大，而钴的含量增加可以提高合金的韧性和冲击强度，但硬度会降低。

合金成分的选择和比例设计是决定硬质合金性能的关键因素之一。

硬质合金的显微组织结构对其性能也有很大影响。

碳化物颗粒尺寸、分布均匀性和结合相之间的结合强度等因素都会对硬质合金的硬度、韧性、耐磨性等性能产生影响。

硬质合金的显微组织通常包括主要相（如WC）和结合相（如Co），主要相颗粒尺寸的大小和分布均匀性对硬质合金的硬度和耐磨性有显著影响。

而结合相的含量和性能对合金的韧性和冲击强度有重要作用。

优化硬质合金的显微组织结构是提高其性能的有效途径之一。

硬质合金的加工工艺对其性能也有重要影响。

比如粉末制备工艺、烧结工艺、热处理工艺等都会对硬质合金的组织结构和性能产生重要影响。

合理的烧结工艺可以有效控制合金的孔隙率和气密性，提高合金的硬度和抗变形能力。

而优化的热处理工艺可以有效改善硬质合金的组织结构，提高其耐磨性和韧性。

加工工艺的优化对硬质合金的性能提升具有重要意义。

硬质合金的各项参数之间存在着复杂的关系，包括成分配比、显微组织结构和加工工艺。

合理设计和控制这些参数，对提高硬质合金的性能具有重要意义。

在今后的研究和生产中，需要重点关注这些参数之间的关系，并通过优化设计和加工工艺来提高硬质合金的性能，以满足不同领域对硬质合金材料的需求。

硬质合金切削工具材料性能研究

硬质合金切削工具材料性能研究随着制造行业的发展，切削工具在金属加工中扮演着至关重要的角色。

硬质合金切削工具被广泛应用于车削、铣削、钻孔等加工过程中，具有较长的寿命和较高的工作效率。

在这篇文章中，我们将探讨硬质合金切削工具的材料性能以及对切削过程的影响。

1. 硬质合金材料的基本特性硬质合金，又称钨钛合金，是由钨碳化物（WC）和钴（Co）或镍（Ni）等金属粉末烧结而成的复合材料。

它具有优异的硬度、耐磨性和高温稳定性，适用于切削工具的制造。

此外，硬质合金还具有较高的强度和耐冲击性，可以在高速切削过程中保持较好的刚性和稳定性。

2. 硬质合金切削工具的主要性能指标硬质合金切削工具的性能指标主要包括硬度、耐磨性、断裂韧性和热稳定性等。

硬度是评价切削工具抗磨性的重要指标，硬质合金的高硬度可以有效抵抗切削过程中的磨损。

耐磨性是衡量切削工具使用寿命的关键指标，可以通过寿命试验来评估。

断裂韧性决定了切削工具在切削过程中的抗断裂性能，而热稳定性则可以保证切削工具在高温切削条件下的稳定性和寿命。

3. 影响硬质合金切削工具性能的因素硬质合金切削工具的性能受多种因素的影响，其中最主要的因素是材料成分和微观结构。

不同的成分配比和烧结工艺会导致硬质合金的硬度、断裂韧性和热稳定性等性能差异。

此外，颗粒度、晶粒度和相含量等微观结构参数对硬质合金的性能也有重要影响。

精细的晶粒和均匀分布的相可以提高硬质合金的强度和断裂韧性，减少切削过程中的断裂和剥落。

4. 材料性能研究方法与进展研究硬质合金切削工具材料性能的方法主要包括实验测试和数值模拟。

实验测试可以通过切削试验、硬度测试、显微镜观察等手段来获取硬质合金的性能数据。

数值模拟则通过计算机模拟切削过程中的材料应力、变形和热传导等物理过程，预测硬质合金切削工具的性能。

近年来，基于人工智能和机器学习的模型也逐渐应用于硬质合金材料性能研究中，提高了研究效率和准确性。

5. 切削工具性能改善的途径为了改善硬质合金切削工具的性能，研究人员采取了多种途径。

N对无立方相层梯度硬质合金的影响

含量的增加，度层的厚度呈减小趋势，金的抗弯强度呈先增加后降低的趋势，度则呈上升的趋势。梯合硬关键词无立方相层Ｎ添加方式梯度层厚度抗弯强度
Ｅｆｅｔ０ｈｅｈｄｏｄｎｏｈｎｃｉｎａｌａｄＣｅｅｅｆｃｆｔｅＭｔｏｆＡｄｉｇＮｎｔｅＦｕｔｏｌｙＧｒｄｅｍｎｔｄＣａｂｄｓｗｉｈＣｕｉｒｉｅＦｒｅＬａｅｒｉｅｔｂｃＣａｂｄｅｙｒＷＡＮＧｕＩＢｉ，Ｆ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎ，ＪＡＥＮＧｎＹａ。
ｗｉｈｔｅｉｃｅｓｆｔｅａｄｔｅｃｎｅｔｆ，ｔｉｋｅｓｏｈｒｄｄｌｙｒｄｃｅｓｄａｄｈｒｎｓｃｅｓｄ，ｔｅｂｎｔｈｎｒａｅｏｈｄｉｖｏｔｎｉｏＮｈｃｎｓｆｔｅｇａｅｅｅｒａｅｎａｄｅｓｉｒａｅａｎｈｅ— ｄｎｔｅｇｈｉｃｅｓｄｆｒｔａｄｔｅｅｒａｅ．ｉｇｓｒｎｔｎｒａｅｉｎｈｎｄｃｅｓｄｓ
材料导报
２１０２年５月第２６卷专辑１９
Ｎ对无立方相层梯度硬质合金的影响
望军贾碧，，冯燕
（重庆科技学院冶金学院，庆４１３；成都工具研究所，都６０６）１重０３１２成１Ｏ５
ｃｒｉｅｔｕｉａｂｄｒｅｌｙｒｗｅｅｒｓａｃｅ．Ｔｈｕｃｉｎｌｒｄｄｃｍｅｔｄｃｒｉｅｔｕｉａｂｄａｂｄｓｗｉｃｂｃｃｒｉｅｆｅａｅｒｅｅｒｈｄｈｅｆｎｔｏａｌｇａｅｅｎｅａｂｄｓｗｉｃｂｃｃｒｉｅｙｈ

化学气相沉积不同碳氮比MT-Ti(C,N)涂层

化学气相沉积不同碳氮比MT-Ti(C,N)涂层邹伶俐【摘要】采用化学气相沉积法在硬质合金基体上沉积具有不同碳氮比的MT-Ti(C,N)涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)和纳米硬度仪、划痕仪分别对其微观组织和机械性能进行分析.研究结果表明:碳源对MT-Ti(C,N)涂层中的碳氮比起着至关重要的作用;其中,在现有单一的乙腈(CH3CN)中温化学涂层反应体系中,引入C2H4可以有效提高MT-Ti(C,N)涂层的碳氮比,且随着碳氮比的增大,MT-Ti(C,N)涂层的晶粒得到明显细化.与此相对应的纳米硬度、弹性模量和结合力也随C/N比发生显著变化.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】5页(P56-60)【关键词】中温涂层;柱状晶;结合力;纳米硬度【作者】邹伶俐【作者单位】厦门金鹭特种合金有限公司,福建厦门361100【正文语种】中文【中图分类】TG501;TG7420世纪70年代，兼具TiC相的高硬度和TiN相的高韧性的Ti(C, N)开始被用作硬质合金的耐磨涂层材料[1-2]。

近年来，TiN性能的大幅度提升，刺激了刀具制造厂商和涂层制造厂商在Ti(C, N)涂层的配方改进方面投入大量的研究，从而推动了工业化化学气相沉积(CVD)Ti(C, N)涂层的发展[3]。

最初的Ti(C, N)涂层是采用TiCl4-CH4-N2的反应体系在1000 ℃左右的高温下沉积而成的[4-5]。

在如此高的温度下，基体的脱碳倾向明显增加，甚至会导致脆性η相的形成。

自从活性较高的乙腈(CH3CN)替换了CH4和N2为反应的前驱物，Ti(C, N)可以在相对中等的温度(700～900 ℃)下沉积。

这就大大降低了基体的脱碳倾向，并避免了脆性η相的形成[6]。

因此，将该温度区间制备的CVD Ti(C, N)涂层称为MT-Ti(C, N)涂层。

Ti（C，N）基金属陶瓷刀具材料的性能影响因素

Ti（C，N）基金属陶瓷刀具材料的性能影响因素张茜;刘兵;陈慧【摘要】Ti（ C，N）基金属陶瓷刀具材料具有优异的切削性能，是现代高速高效切削刀具开发的主要材料之一。

材料的组元、微观结构及其制备工艺是影响刀具切削性能的主要因素。

本文综合概括分析了这些因素对刀具性能的影响机制以及它们之间的内在作用机理，并且对新型Ti（ C，N）基金属陶瓷刀具材料的重点研究方向进行阐述。

%Ti( C,N)-based cermet materials have excellent cutting properties,and are becoming one of the most important raw materials for fabricating high-speed and efficient cutting tools. The chemical compo-nent,microstructure and fabricating method are the mainly effect factors on the cutting properties. In this paper,the effect mechanism of these factors and their relations are summarized and analyzed. And the key research issues of Ti( C,N)based cermet tools are proposed.【期刊名称】《重庆文理学院学报（社会科学版）》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P5-10)【关键词】Ti( C,N);金属陶瓷;刀具;性能【作者】张茜;刘兵;陈慧【作者单位】重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆巴南 400054; 重庆市粉末冶金工程技术研究中心，重庆永川 402160;重庆市粉末冶金工程技术研究中心，重庆永川 402160; 重庆市高校微纳米材料工程与技术重点实验室，重庆永川402160;重庆市粉末冶金工程技术研究中心，重庆永川 402160; 重庆市高校微纳米材料工程与技术重点实验室，重庆永川 402160【正文语种】中文【中图分类】TG148现代加工技术对切削刀具的要求越来越高，刀具材料的改进和开发也越来越重要.Ti(C，N)基金属陶瓷材料是在20世纪70年代出现的新型工具材料［1］，它在高速切削条件下显示出很好的红硬性、耐磨性、耐热性和优异的抗月牙洼磨损能力.Ti(C，N)基金属陶瓷具有与普通陶瓷相近的硬度和耐热性，但抗弯强度及断裂韧性更高［2］.因此，Ti(C，N)基金属陶瓷是对钢材进行高速加工和半精加工较为理想的刀具材料.Ti(C，N)基金属陶瓷可制成微型可转位刀片，用于精镗孔、精孔加工及“以车代磨”等精加工和半精加工领域;其功能填补了传统WC-Co系硬质合金与Al2O3陶瓷刀具之间的空白，是一种具有广泛应用前景的刀具材料，也是目前各国刀具新材料的研究热点之一.1 材料的基本组元及其作用Ti(C，N)基金属陶瓷的主要组元包括硬质相、黏结相和添加剂，其中硬质相为Ti(C，N)，黏结相为 Co/Ni/(Co+Ni)［3］，添加剂主要有 WC、Mo2C等.1.1 黏结相对材料性能的影响黏结相含量对材料性能有很大的影响，当其含量增加时，材料的断裂韧性提高，但是硬度下降.在以Ni作为黏结相的Ti(C，N)基金属陶瓷中，随着Ni的含量逐渐降低，黏结相的体积分数也逐渐降低，硬质相的体积分数增加，使材料的硬度提高，抗弯强度下降;但含Ni量达到一定水平后，材料硬度反而下降.用Co部分代替Ni后，材料的强度提高，硬度基本不变，可以通过改变Co的含量来调整金属陶瓷的力学性能［4］.1.2 添加剂对材料性能的影响Ti(C，N)基金属陶瓷中添加剂所起的主要作用有以下几个方面:(1)改善润湿性Ti(C，N)金属陶瓷的烧结温度超过了黏结相的熔点，属于液相烧结.在烧结过程中黏结相与硬质相的润湿性直接影响到材料的力学性能.Ni对Ti(C，N)的润湿性很差，它的润湿角大于90°，不利于材料的烧结致密化过程.在金属陶瓷基体中添加Mo元素后，Mo向Ti(C，N)颗粒扩散并取代其中的 Ti，形成固溶相，使 Ni与Ti(C，N)的润湿角减小，研究表明，润湿角可以减小为0°［5］.因此，在制备过程中通常添加一定量的Mo或Mo2C以改善Ni/(Co+Ni)对硬质相的润湿性.(2)细化晶粒细化硬质相晶粒有利于提高金属陶瓷的强度、硬度和韧性等［6］.添加Mo元素后形成的固溶体不仅改善了硬质相和黏结相之间的润湿性，还可以减少硬质相晶粒间的接触，抑制硬质相晶粒在烧结过程中长大，从而使金属陶瓷的断裂韧性提高.向金属陶瓷中添加一定量的WC，可以促进环形相的形成，并在环形相中富集，抑制Ti(C，N)晶粒的长大，从而达到细化晶粒的目的［7］;但WC的量过多时，使环形相的厚度增加，材料的脆性也相应增加.在金属陶瓷中添加一定量的V，可以与C、N等元素结合形成碳氮化合物，并在晶界上富集，抑制硬质相晶粒长大，提高材料的疲劳强度［8］.另外，添加颗粒细小的TaC、NbC，与 TiC 形成(Nb，Ta，Ti)C 固溶体，能够均匀地弥散分布在整个基体上，成为固态相变中的晶核，使烧结后组织中的硬质相无法团聚，也能达到细化Ti(C，N)晶粒的目的.(3)提高材料的强韧性材料的抗弯强度与添加剂的弹性模量的关系满足 Griffith-Orowan 方程［9］:式中:E为添加剂的弹性模量，P为随裂纹伸长而增加的塑性变形功，L为裂纹长度.由于材料的抗弯强度与弹性模量的平方根成正比，而金属陶瓷材料中添加剂的弹性模量比Ti(C，N)的弹性模量高(如表 1 所示)［10］，所以 Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度得到提高.表1 Ti(C，N)基金属陶瓷中主要添加剂的弹性模量添加剂弹性模量450(Ti，Mo/W，Nb，Ta)(C，N) 410 TiN 590 WC 720 NbC 580 TaC 560 Mo2C 540 SiC 450 TiC 470 VC 430(Ti，Mo/W)(C，N)ZrC 400/GPa提高材料韧性的方法主要有晶须增韧、纤维增韧、纳米颗粒增韧等.晶须增韧主要是在金属陶瓷中添加SiC晶须来提高材料的强韧性.瞿峻等［11］在Ti(C，N)基金属陶瓷中添加SiC晶须对其进行增韧.结果表明:微米级SiC晶须的添加量为1﹪时，断裂韧性从8.9 MPa·m-1/2提高到9.5 MPa·m-1/2;但是，随着SiC晶须添加量继续增加，Ti(C，N)金属陶瓷孔隙度增加，材料的力学性能呈现降低的趋势.章晓波等［12］用碳纳米管增韧超细Ti(C，N)金属陶瓷，研究结果表明:由于碳纳米管的加入，裂纹沿硬质相和金属相界面扩展，扩展路径变曲折，增加了断裂表面能，消耗更多的断裂功，起到增韧的作用.同时发现，由于碳纳米管的长径比大，在材料中分散不均匀，容易发生团聚，材料内部产生微孔洞，使裂纹尖端钝化，提高材料的断裂韧性.刘文俊等［13］使用第二相纳米TiC、TiN颗粒增韧Ti(C，N)基金属陶瓷，研究表明:纳米颗粒的加入使具有内-外环形相的小颗粒以及具有白芯-灰壳结构的小颗粒增加，并且在黏结相中弥散分布，减小硬质相的平均粒度，产生细晶强化.根据 Gurland 强度理论［14］，式中:σ为轴应力，φ为硬质相的体积分数，d为硬质相的平均粒度，K'为常数.当向基体中加入一定量的纳米TiC、TiN颗粒后，小颗粒数目增加，硬质相平均粒度d减小，σ增大，提高Ti(C，N)金属陶瓷的强度.(4)提高红硬性Ti(C，N)金属陶瓷刀具主要用于高速切削，在切削过程中产生大量的热，使刀具温度升高，所以它需要添加一些高熔点的碳化物来提高金属陶瓷的红硬性，如 Ta、Nb、Zr、Hf(铪)等.Ta、Nb与C、N的结合力很强，形成的碳氮化物具有很高的热稳定性.TaC的添加可以提高金属陶瓷材料的高温硬度和抗热震性，从而改善材料抗高温形变的能力［15］.添加了 NbC的 Ti(C，N)基金属陶瓷的环形相明显变薄，有利于提高Ti(C，N)的红硬性，并且能够降低材料的烧结温度，提高材料的烧结性能，节约能源［16］.Zr与 C、N 形成Zr(C，N)，抑制了Ni的扩散，使黏结相不易产生塑性变形，从而提高材料的高温性能［17］.Hf与C形成HfC，它具有高硬度和高熔点(4TaC·HfC的熔点约为4 215℃)，能够提高材料的耐高温性能和硬度.2 微观组织结构对性能的影响Ti(C，N)基金属陶瓷材料通过液相烧结而成，烧结后的组织由碳氮化合物硬质相颗粒和金属黏结相组成，即是由Ti(C，N)为核心以及环形相(包覆相)组成［18］.影响材料性能的微观组织结构包括:(1)晶粒度;(2)环形相;(3)孔隙度.2.1 晶粒度的影响晶粒度对材料的力学性能有很大的影响，根据 Hall-Petch 公式［19］，上式中:σ0为无限大单晶的强度，k为系数，d为晶粒直径.晶粒尺寸d越小，材料的强度越高，特别是当硬质相尺寸小于0.5 μm时，材料的硬度和强度同时得到提高.因此，可以通过细化晶粒获得具有优良综合性能的金属陶瓷材料［18，20］. 在金属陶瓷制备过程中，影响烧结体晶粒度的因素主要有原始硬质相粒度、添加剂的粒度等.减小TiC、TiN粉末粒度可以有效细化硬质相颗粒，提高材料的抗弯强度和硬度［21］.在Ti(C，N)基金属陶瓷中添加较细的WC颗粒，可以促进环形相的形成，提高材料的强韧性［19］.粒径越小，材料的抗弯强度越高［22］.2.2 环形相的影响环形相是由 W、Mo、Ta、Nb、V、Hf等添加元素和 Ti(C，N)在黏结相中固溶而形成的［20］，在硬质相和黏结相间形成过渡，改善了它们之间的润湿性，使得两者更好地结合在一起，并且阻碍硬质相颗粒聚集在一起而长大，使硬质相晶粒变细且分布更为均匀，提高材料强度.完整度以及厚度对材料的性能有很大影响，金属陶瓷材料内部的较为完整的环形相增加了硬质相与黏结相的结合强度，产生的裂纹不易扩展，材料的抗弯强度提高.但是，环形相的本质较脆，当环形相的厚度超过一定值时，材料的抗弯强度有明显下降的趋势［23］.2.3 孔隙度的影响孔隙度对金属陶瓷材料的性能有着显著影响，随着孔隙度的增加，材料的力学性能急剧下降.材料的孔隙度受成形工艺和烧结工艺的影响很大.在压制成形过程中，成形剂的黏结性能和润滑性能差、压制压力较小，会导致压坯的孔隙度大.在烧结过程中，烧结温度和保温时间不足，使材料的致密化过程进行不彻底，也会使孔隙度较大.3 制备工艺对结构性能的影响3.1 Ti(C，N)粉体制备工艺的影响Ti(C，N)粉体的制备方法有很多，基本方法有化学法和物理法.(1)化学方法制备的粉体白万杰［24］利用等离子体化学气相合成法来制备纳米级及亚微米级超细陶瓷材料粉体.通过控制反应时间来调整粉体的粒度，控制氨气和液化气的流量来调整C∶N比，调整原料的配方来生产多种碳化物、氮化物和碳氮化物粉体.用此方法获得的粉体纯度高、粒径小、分布均匀，制备的烧结体密度高、晶粒细小，得到的材料性能比较高.Frederic等［25］将纳米级 TiN粉末和10﹪ C混合后置于流动的Ar气中，在1 430℃保温3 h，固态合成超细Ti(C，N)粉末，得到的粉末形状规则，团聚少，C/N比在0.6～1.5.发生的反应过程如下:在Ar气的保护下得到的粉末被氧化的可能性极小，所以粉末中的含氧量极低，有利于材料的烧结，降低烧结后的孔隙度，从而提高材料的性能.穆云超等［26］用自蔓延高温合成技术制备了Ti(C，N)材料，通过调节原料中Ti 粉的含量，可以得到多种Ti(C，N)粉末，制备出来的Ti(C，N)金属陶瓷材料具有较高的致密度和优良的力学性能.(2)物理方法制备的粉体在物理法粉体制备Ti(C，N)粉体的过程中，球料比、球磨时间以及球磨方式都会对材料的性能有很大影响.随着球料比增加，碾磨面积增大，球磨效率提高，硬质相粒度减小且分布更加均匀，制备的材料强度提高［27］;在一定范围内，随着球磨时间的增加，组织的硬质相尺寸得到细化，材料的强度提高;干磨与湿磨相比，湿磨所得的烧结体密度更高，性能更好［19］.3.2 成形工艺的影响Ti(C，N)粉体几乎没有可塑性，需要加入成形剂才能压制成型和烧结.成形工艺对性能的影响因素主要有压力、加压速度和加压方式.当压力不够时，坯体的强度低、密度低、烧结收缩率较大，较易变形开裂.在压制过程中，初始阶段应该均匀地施加压力，以便于坯体中的空气排出;当颗粒完全靠拢时，坯体的收缩率变小，需要保压，防止裂纹产生.采用双向压制成型有利于改善压坯的密度分布，提高压坯密度，减小烧结收缩率，提高Ti(C，N)基金属陶瓷产品的尺寸精度和力学性能.3.3 烧结工艺的影响Ti(C，N)基金属陶瓷材料的烧结方法主要有真空烧结、气氛烧结等.此外，一些新型的烧结方法(如自蔓延高温合成技术、微波烧结、脉冲烧结、放电等离子烧结、激光烧结等)［19］逐渐被应用到Ti(C，N)基金属陶瓷材料的制备研究中.在烧结过程中，成形剂是否完全脱除对烧结体的性能影响很大，成形剂脱除不全，会显著降低烧结体的性能.真空烧结是Ti(C，N)基金属陶瓷制备的传统烧结方式，一般是将原料成型后的样品在300～500℃温度下进行脱脂预烧结，再在1 440℃下真空烧结1 h，制成金属陶瓷产品［28］.在真空烧结条件下，颗粒表面的氧化物可在较低温度下被还原，改善液相对硬质相的湿润性，从而改善黏结相的分布均匀性，使烧结体致密，工艺容易控制［5］.但在真空烧结时，易发生脱氮反应，影响材料性能.采用气氛加压烧结的方法，可以加快烧结时的颗粒重排，快速实现致密化，消除孔隙.随着烧结压力的增加，孔隙度明显降低，硬质相之间的结合程度加大，但是导致冷却阶段时间延长，环形相变厚.在温度上升的过程中，材料的抗弯强度提高而硬度下降，经过快冷处理后，环形相变薄，黏结相的固溶强度增加，孔隙度下降，从而使材料的强度与硬度同时提高.在Ti(C，N)基金属陶瓷材料烧结时，还可以将真空烧结和加压烧结方式结合起来.冯燕等［29］采用加压一次性烧结方法制得试样 A，通过真空——加压两次烧结——真空烧结方法制得试样B.通过比较发现，B试样的抗弯强度比A的要高，抗冲击性能也要好得多.所以，真空——两次加压更适合于制备增韧Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料.4 结语Ti(C，N)基金属陶瓷用作高速高效切削刀具材料，提高了刀具的切削性能，节约了钨、钴等战略资源.然而，随着航空航天和高端装备中难加工材料和高精度零部件的大量应用，对Ti(C，N)基金属陶瓷刀具的切削性能提出了更高要求，需要从材料的组分设计、反应过程机理、新工艺开发与控制等方面对Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料进行系统、深入研究.综合国内外的研究现状，新型Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料的研究重点将体现在以下几个方面:(1)新型Ti(C，N)基金属陶瓷材料的研究与开发.这主要包括两方面:开发新型硬质相、细晶粒硬质相和复合硬质相等;作为黏结相的金属或合金可以用资源丰富的金属代替资源短缺的金属(如用Fe代替Ni和Co).(2)制备超细晶粒或纳米级Ti(C，N)基金属陶瓷.超细晶粒或纳米级金属陶瓷比普通金属陶瓷具有更高的强度、韧性、硬度、耐磨性等综合性能.这也是今后的一个重要发展趋势.(3)提高Ti(C，N)基金属陶瓷的强韧性.通过研制新型添加剂，或对现有的添加剂进行改良，以及使用稀土元素来对Ti(C，N)基金属陶瓷材料进行增韧.(4)功能梯度Ti(C，N)基金属陶瓷的应用开发.梯度金属陶瓷的不同工作部位有不同的性能，是一种由于组织连续变化引起性能渐变的功能复合材料.(5)Ti(C，N)基金属陶瓷的回收再利用.社会倡导绿色环保、节能减排，所以Ti(C，N)基金属陶瓷的回收再利用已成为研究的一大热点，应采用现代技术和大规模生产模式来实现资源的充分利用和经济效益的统一.［参考文献］【相关文献】［1］铃木寿，林宏尔.TiC基ーッヌの进步と现状［J］.日本金属学会会报，1983，22(4):312-319. ［2］肖诗纲.刀具材料及其合理选择［M］.北京:机械工业出版社，1990.［3］Zhou S Q，Zhao W，Xiong W H.Microstructure and properties of the cermets based on Ti(C，N)［J］.Int J Refract Met Hard Mater，2009，27:26-32.［4］张大勇，石增敏.原始成分组成对Ti(C，N)基金属陶瓷烧结性能的影响［J］.粉末冶金技术，2012，30(2):83-88，97.［5］贺从训，夏志华，汪有明，等.Ti(C，N)基金属陶瓷的研究［J］.稀有金属，1999，23(1):4-12.［6］Liu N，Yin W H ，Zhu L W.Effect of TiC/TiN powder sizeon microstructure and properties of Ti(C，N)-based cermets［J］.Mater Sci Eng A，2007:445-446，707-716. ［7］Wang J，Liu Y，Zhang P，et al.Effect of WC on the microstructure and mechanical properties in the Ti(C0.7N0.3)-xWC-Mo2C-(Co，Ni)system［J］.Int J Refract Met Hard Mater，2009，27(9):9-13.［8］Wang W J.Effect of VC and nano-TiC addition on the microstructure and propertiesof micrometer grade Ti(C，N)-based cermets［J］.Mater Des，2009，30(6):2222-2226. ［9］Xiong J，Guo Z X，Shen B L，Cao D.The effect of WC，Mo2C，TaC content on the microstructure and properties of ultra-fine TiC0.7N0.3cermets［J］.Mater Des，2007，28:1689-1694.［10］赵兴中，郑勇，刘宁.含氮金属陶瓷的发展现状及展望［J］.材料导报，1994(1):17-21. 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TiC粉末粒度对Ti_C_N_基金属陶瓷组织及性能的影响

图 3 两组金属陶瓷组织的 SEM（ BSE）图 Fig． 3 BSE-SEM microstructures of two groups of cermet
（ a） TiCμm；（ b） TiCnm
EDS 能谱分析如图 4 所示，黑色芯部（ core）主要是 TiC 或 Ti（ C，N）；组成灰色壳层（ rim）的主要元素为 Ti、W、Mo 和 C，以（ Ti，W，Mo）（ C，N）固溶体形
两组材料中均加入了纳米tin但微米tic中纳米tin镶嵌在大颗粒环形相和弥散分粘结相中对裂纹的形成和扩展起到阻碍作用使金属陶瓷裂纹扩展途径发生偏转从而提高了韧此用微米tic原始粉末制备的粗晶材料比用同成分的纳米tic原始粉末制备的细晶材料韧性高
櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～试验研究～
櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡
TiC 粉末粒度对 Ti（ C，N）基金属陶瓷组织及性能的影响
的金属陶瓷组织细小均匀，抗弯强度、硬度均较高，分别达 1021． 5 MPa 和 17． 7 GPa（ HV10）。
关键词： Ti（ C，N）基金属陶瓷；粉末粒度；晶粒细化；力学性能
中图分类号：TG148
文献标识码：A
文章编号：1008-1690（ 2012） 02-0041-05
Effect of TiC Powder Sizes on Microstructure and Mechanical
means of XRD，SEM and EDX，and the mechanical properties were tested at room-temperature as well． The results
show that the cermet made from nano TiC powder offers fine and homogeneous structure and higher bending strength

(V,Ti)(C,N)固溶体粉末对WC-8％Co硬质合金性能的影响

(V,Ti)(C,N)固溶体粉末对WC-8％Co硬质合金性能的影响朱运锋;叶金文;刘颖;朱军;马世卿;张蛟【摘要】通过碳热还原氮化法合成了不同钛含量的(V,xTi) (C,N)(x=5％、10％、15％(质量分数))固溶体粉末晶粒细化剂,并考察了它们对WC-8％Co硬质合金显微组织和机械性能的影响.结果表明,与V(C,N)或者V(C,N) /Ti(C,N)混合晶粒细化剂相比,(V,Ti)(C,N)固溶体粉末可以显著地提高WC-8％Co 硬质合金的机械性能；当加入0.5％(质量分数)的(V,5Ti) (C,N)固溶体粉末时,WC-8％Co硬质合金的抗弯强度和硬度分别达3490MPa、1804HV30,WC平均晶粒尺寸约为0.5～0.6μm.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2013(044)015【总页数】5页(P2239-2243)【关键词】(V,Ti) (C,N);固溶体粉末;晶粒细化剂;硬质合金;机械性能【作者】朱运锋;叶金文;刘颖;朱军;马世卿;张蛟【作者单位】四川大学材料科学与工程学院,四川成都610065;四川大学材料科学与工程学院,四川成都610065;四川大学材料科学与工程学院,四川成都610065;四川大学材料科学与工程学院,四川成都610065;四川大学材料科学与工程学院,四川成都610065;四川大学材料科学与工程学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TB383;TF1241 引言WC-Co硬质合金具有高硬度、高韧性、耐磨性好等优点，已被广泛用于机加工、切削、钻孔、采矿、工具成形及耐磨零件等领域[1-4]。

WC基硬质合金件的机械性能主要取决于它的成分、微观结构，特别是WC晶粒的平均尺寸[5]及粒度分布[6]。

迄今为止，控制 WC晶粒大小最有效的方法是添加少量的金属碳化物，如VC、Cr3C2、TaC、TiC[7，8]，作为晶粒细化剂抑制 WC晶粒的长大[9，10]。

硬质合金基体上TiN与TiAlN涂层冲蚀磨损特性研究

硬质合金基体上TiN与TiAlN涂层冲蚀磨损特性研究邹雪倩1　吴凤芳2　朱振杰1（1.机械工程国家级实验教学示范中心（山东大学），济南 250061；2.山东大学机械工程学院，济南 250061）摘　要：采用离子束辅助真空脉冲过滤弧离子镀技术，在硬质合金YG6基体上沉积两种氮化物涂层TiN、TiAlN，检测了涂层的微观结构及其主要物理机械性能。

对两种涂层进行气体冲蚀磨损试验，利用扫描电子显微镜（SEM）对冲蚀表面进行观察，获得涂层冲蚀形貌特征。

通过检测涂层的冲蚀磨损量和磨损率，分析涂层的冲蚀磨损性能，表明TiAlN涂层比TiN表现出了更强的抵抗冲蚀磨损的能力。

通过分析两种涂层的冲蚀表面形貌特征，发现两种涂层材料的冲蚀去除机制有所不同。

TiN涂层表现出典型的脆性断裂去除特点，而TiAlN涂层主要呈现微切削和疲劳断裂的特征。

关键词：氮化物涂层；PVD；冲蚀磨损；磨损机理Erosion Wear Performance of TiN and TiAlN Nitride Coatings on Cemented Carbide SubstratesZOU Xueqian1, WU Fengfang2, ZHU Zhenjie1(1.National Demonstration Center for Experimental Mechanical Engineering Education(Shandong University), Jinan 250061;2.School of Mechnical Engineering, Shandong University, Jinan 250061)Abstract: TiN and TiAlN coatings were deposited on YG6 cemented carbide by cathode arc-evaporation technique aided by plasam. Microstructure and fundamental properties of two nitride coatings were examined. The coatings were eroded by air jet abrasion with angular SiC particles. The erosion wear resistance of the coatings were evaluated by determining the erosion rates of the coatings. The wear surface morphologies were examined by scanning electron microscopy. The characteristics of the eroded surface of the coatings showed that the TiAlN coating exhibited higher erosion wear resistance than the TiN coating. Analysis of eroded surface of the coatings demonstrated that the TiN coating exhibited as typical brittle fracture induced removal process, while TiAlN coating showed mainly micro cutting and cycle fatigue fracture of material removal mode.Key words: nitride coatings; PVD; erosion wear; wear mechanisms通常情况下，硬质合金作为切削刀具材料，表现出良好的磨损性能。

梯度硬质合金的研制_孙绪新

为了比较梯度合金和均匀合金的性能 , 研究缺碳量对梯度合金性能的影响 , 以配方 WC +10 %wt Co 为基础 , 配制了总碳含量不同的三组混合料 , 分别记为 G0 、G1 、G2 。G0 是标准化学计算碳量的总碳配料 , G1 、G2 都是比标准化学计算碳量低的总碳配料 , 只是 G2 比 G1 的总碳更低。G0 、G1 、G2 三组混合料都是采用相同的研磨和干燥工艺参数制得的。三组混合料经过压制、烧结制成相同尺寸的几组检测试样 :Υ12 ×12 的圆柱样 4 个 , 用于常规物理金相检测 ;40mm ×20mm × 10mm 的耐磨性试样 2 个 ;5mm ×5mm ×30mm 的抗弯强度检测试样 10 个。
2 62
粉末冶金技术 1998 年第 16 卷第 4 期
梯度硬质合金的研制＊
孙绪新＊＊
(石油天然气总公司江汉钻头厂技术开发研究所 , 湖北潜江 433124)
摘要采用正碳烧结工艺研制梯度硬质合金 , 合理选择配方中的缺碳量以及正碳烧结工艺参数时 , 可生产出表面硬度高、耐磨性好 , 内部强度高、韧性好的的梯度硬质合金。实验中 , 钴含量相同的梯度硬质合金比钴相均匀硬质合金的抗弯强度和耐磨性分别提高了 5 .5 %和 25 .6 %。主题词梯度硬质合金正碳烧结性能
从图 1 中可看出 :G1 、G2 的芯部 η相区大小不同 , G2 的芯部 η相区比 G1 的大 , 因为 G2 的缺碳程度比 G1 的要深一些。经过相同的正碳工艺正碳烧结后 , G2 比 G1 未正过来的区域即 η相区要大。
从图 1 还可以看出 :G1 、G2 的三相区均呈椭圆状 , 而且都是离试样底部(即烧结时放在料盘上的那一端)的距离远 , 而离试样左边、右边和上部的距离大体相同。这是因为试样底部在烧结时是放在石墨料盘上的 , 正碳烧结时 , 其底部碳势比上部、周边要高 , 导致 G1 、G2 的 η相区远离底部 , 而周边与上部的碳势大致相同 , 所以 η相区离它们的距离也大体相同。

原料粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的影响

Ｖ１２ｏ４０．０Ｎ．
０ｃ．２ｏ７ｔ０
文章编号：０４８２（０７－２２０１０－８０２０４０９－３Ｊ０
原料粒度对Ｔ（Ｎ）金属陶瓷刀具材料的影响ｉＣ，基
徐立强侯志刚黄传真郭忠，，，
为质量分数）其抗弯强度达到最大１１ａ时３０ＭＰ，当添加量为１％时其抗弯强度为１８ａ比微０２０ＭＰ，米ＴＮ添加量为１％时的１９ａ要高，要ｉ０１２ＭＰ主
断裂形式为沿晶断裂．文献［］４研究表明用纳米ＴＮ改性的金属陶瓷刀具耐磨损性能比硬质合金ｉ要好．文献［］５把用纳米ＴＮ改性的ＴＣ基金属陶ｉｉ瓷与微米的相比较，其各项性能都有提高，：如断裂韧性由１．提高到１．Ｐ／抗弯强度由１９３２Ｍａｍ，
Ｎ、、ｒ：于北京安泰科技股份有限公司，ｉＭｏＣ，购ＣＴ（ ¨Ｎ＿）度为３ｍ，ｉＭｉＣ０粒３Ｎ、ｏ粒度为２３ｔ．ｍ，ｘ
添加纳米相可以改进传统材料的力学性能，
可以提高其强度和硬度，改善其导热性能和降低烧结温度．Ｊ文献［］３用纳米ＴｉＮ改性ＴｉＣ使其
性能的影响，文选择了添加１％亚微米Ｔ（ ¨ 本０ｉＣ
硬质相，ｏＣ、ＴＣ等为添加剂，ｉＭＭ２ＷＣ、ａＮ、ｏ或Ｃｏ
为粘结金属构成的材料．它是２０世纪７０年代出现的新型工具材料，与传统的硬质合金相比，具有较高的红硬性、耐磨性、耐热性、抗月牙洼磨损能力及较低的摩擦系数，因此刀具寿命较长…．作

硬质合金铣刀涂层性能的试验研究

2012 年第 46 卷 No． 4
31
硬质合金铣刀涂层性能的试验研究
胡江林1 ，张少文2 ，李亮2 ，蒋克仁1
1上海工具厂有限公司； 2 南京航空航天大学
摘要：针对涂层材料改善刀具切削性能这一问题，本文采用常速试验和高速试验的方法，对比分析了七种涂
层材料对铣刀切削性能的改善程度。试验结果表明：涂层性能优越与否与切削速度有很大关系，AlCrN 和 TiAlCN
文献标志码： A
Experiment Research on Coating Performance of Cemented Carbide Milling Cutter
Hu Jianglin，Zhang Shaowen，Li Liang，Jiang Keren
Abstract： Based on the problem that coatings can improve performance of cutting tool，common speed experiment and high speed experiment were done in this article to compare and analyze the improvement of milling cutters’performance by seven types of coatings． The results demonstrated that coating performance had a good relationship with cutting speed． The milling cutters with AlCrN and TiAlCN coatings were more suitable for high speed machining． Instead，the milling cutter with AlTiN coating was not suitable for high speed machining． The milling cutter with TiN coating did not show a good cutting performance both in common speed and high speed，especially in high speed machining． CrN + TiN multi － coating had a good antioxidant capacity，but the antiwear property was relatively bad．

-----碳含量对脱_层硬质合金组织和性能的影响_张守全

表1 Table 1
合金 A B C Co 10. 2 10. 2 10. 2
2
2. 1
结果与讨论
微观组织结构图 1 为通过不同配碳量制备的三种合金的微观
组织形貌，从图 1 中可以看出，三种合金在表层均形在脱 β 层中仅含两相：成了一个约 25 μm 的脱 β 层，白色的多边形 WC 相和黑色的 Co 基粘结相；芯部组织除了以上两相之外，还存在灰色的立方固溶体相。以合金 B 为例，通过 EPMA 技术测定了合金表从图 2 中可以看出，在面区的成分分布图（见图 2 ）， Ti， Ta， Nb 的含量极低，脱 β 层中，而 Co 元素富集， CoБайду номын сангаас元素的浓度特别是在脱 β 层与芯部的过渡区域， N 元素的浓度积积累达到峰值，另外，在过渡区域， Ti， Ta， Nb 累也达到峰值。在脱 β 层的形成过程中，等立方相元素向内扩散留下的空位只能由液相粘结［15 ］从而造成 Co 含量富集，即脱 β 层是相 Co 填充， Ta、 Nb 等立方相，个缺 Ti、而富 Co 粘结相的区域。 B， C 脱 β 层的平均厚度分别为 23. 8 μm，合金 A， 25. 7 μm 和 28. 8 μm，即在当前的成分体系和烧结工艺下，随着 C 含量的增加，合金的脱 β 层厚度逐 Gustafson 等的热力学模拟计算结果表步增加， N 在液相中的活度梯度也增明，随着 C 含量的增加， Nb， Ta 等元素向内扩加，将加快 N 向外扩散和 Ti，散的速度，从而提高了脱 β 层的形成能力。
脱 β 层梯度硬质合金是指基体表面含有一层缺立方碳化相（ β 相）和碳氮化物相（ β N 相）的韧性区，它一般用作涂层硬质域（脱 β 层）的硬质合金，，合金基体由于其良好的韧性可以改善涂层裂纹的从而提高涂层刀具使用形成和裂纹向基体的扩展，，的可靠性和寿命已广泛应用于金属切削业。在本质上，脱 β 层的形成是通过基体内的 N 扩。 C 含量散以及 N 与金属元素相互作用的结果通过改变液相中的 N 活度梯度，对脱 β 层组织的形

WC-Ti（C，N）-Co硬质合金表面脱氮后的残余热应力分析

WC-Ti（C，N）-Co硬质合金表面脱氮后的残余热应力分析黄自谦;谢清连【摘要】A new constitutive equation for functionally graded cemented carbides was developed by redefinition of elastic constraint factor and introduction of plastic constraint factor, which was applied to analyze the residual thermal stress of denitrified WC-Ti(C, N)-Co cemented carbides. The distribution of thermal stresses in full space was obtained by means of finite element method. The calculated results show that,when the temperature drops from 820 ℃ to 20 ℃,the m aximum value of equivalent stress appears at the highest Co content region in the surface two-phase zone, there is very high stress graded from surface two-phase zone to the core region. Tensile stress generated in the surface two-phase zone gradually transfer to compressive stress in the inner layer;the maximum hydrostatic tensile stress in the two-phase zone is 140MPa and the hydrostatic compressive stress in the centre is 120 MPa.%通过定义弹性约束因子和引进塑性约束因子，构造成分梯度硬质合金弹塑性本构方程，根据此方程，采用有限元方法对WC-Ti(C, N)-Co硬质合金脱氮处理后的残余应力分布进行分析。