【摘 要】
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Ti（C,N）基金属陶瓷刀具在高速切削时仍拥有高硬度、耐腐蚀性和抗粘结性等优点,是制作高精度切削刀具的理想候选材料。但由于其强韧性不足,制约了Ti（C,N）基金属陶瓷材料的广泛应用。定量调控Ti（C,N）基金属陶瓷典型的“芯-环”结构是实现其强韧化的最有效手段之一,因而备受关注。本文基于热力学计算模拟设计并制备了具有不同热力学稳定性的二次碳化物和碳氮化物预固溶粉末,系统研究了预固溶粉末对Ti（C,
【基金项目】
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国家自然科学基金（51601061）； 湖南省自然科技基金（2018JJ2094）,Ti（C,N）基金属陶瓷制备过程中微观结构形成机理与调控,2018/01-2020/12；
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Ti（C,N）基金属陶瓷刀具在高速切削时仍拥有高硬度、耐腐蚀性和抗粘结性等优点,是制作高精度切削刀具的理想候选材料。但由于其强韧性不足,制约了Ti（C,N）基金属陶瓷材料的广泛应用。定量调控Ti（C,N）基金属陶瓷典型的“芯-环”结构是实现其强韧化的最有效手段之一,因而备受关注。本文基于热力学计算模拟设计并制备了具有不同热力学稳定性的二次碳化物和碳氮化物预固溶粉末,系统研究了预固溶粉末对Ti（C,N）基金属陶瓷“芯-环”结构及力学性能的影响规律。通过碳热还原技术合成了（Ti,W,Ta）C和（Ti,W,Ta,Mo）C预固溶粉末,并将其替代部分碳化物（即Ta C、Mo2C和（Ti,W）C）,制备了两种Ti（C,N）基金属陶瓷。利用XRD衍射分析了这两种Ti（C,N）基金属陶瓷在1250～1400°C烧结温度区间的物相演变。基于预固溶粉末的热力学稳定性分析,研究了碳化物预固溶处理对金属陶瓷“芯-环”结构和力学性能的影响。结果表明:由于（Ti,W,Ta,Mo）C具有更高的热力学稳定性,使得添加（Ti,W,Ta,Mo）C预固溶粉末的金属陶瓷具有更高的烧结活性,烧结过程中的冶金反应显著提前;相比于传统的制备工艺,添加（Ti,W,Ta）C和（Ti,W,Ta,Mo）C预固溶粉末的金属陶瓷中“白芯-灰环”的尺寸明显增加,并且随着预固溶粉末中元素数量的增加,环厚显著增加;添加（Ti,W,Ta）C预固溶粉末的金属陶瓷综合力学性能最优,表明在相同合金成分条件下对二次碳化物进行适当的预固溶处理可以进一步强化Ti（C,N）基金属陶瓷。基于热力学计算设计并合成了具有不同热力学稳定性的三种预固溶体粉末（Ti,61.3W,8.6Ta）（C,N）、（Ti,53.3W,7.5Ta）（C,N）和（Ti,47.1W,6.6Ta）（C,N）,进而制备了三种名义成分相同的金属陶瓷,研究了（Ti,W,Ta）（C,N）预固溶体的组成对金属陶瓷“芯-环”结构和力学性能的影响。结果表明:随着W和Ta含量的降低,（Ti,W,Ta）（C,N）预固溶体的热稳定性逐渐增加,“白芯-薄环”的数量增加,“黑芯-厚环”的数量减少;随着黑芯Ti（C,N）和白芯（Ti,W,Ta）（C,N）热稳定性差异的减小,更多的无环黑颗粒保留下来。通过对环厚和硬质相晶粒尺寸进行统计分析,结果表明:添加（Ti,53.3W,7.5Ta）（C,N）预固溶粉末的陶瓷晶粒最小,环最薄,合金呈现出最佳的综合力学性能。这意味着W和Ta在（Ti,W,Ta）（C,N）中的适当预固溶能保证良好的多芯环结构。
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