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WC含量對(duì)TiC- Ni- Mo系硬質(zhì)合金組織與性能的影響

2018-05-03 01:28王興慶
上海金屬 2018年2期
關(guān)鍵詞:固溶體硬質(zhì)合金硬質(zhì)

柯 鑫 王興慶

(上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200444)

TiC基硬質(zhì)合金具有高硬度、高耐磨性、高熱導(dǎo)率、密度小等優(yōu)點(diǎn)。TiC基硬質(zhì)合金刀具不易產(chǎn)生熱裂紋,不易磨損,能適應(yīng)高溫連續(xù)切削的需要,使用壽命較長(zhǎng),在機(jī)加工領(lǐng)域尤其是精加工領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。近年來(lái),傳統(tǒng)WC基硬質(zhì)合金的原料價(jià)格不斷上漲,且鎢資源匱乏,而Ti元素資源豐富,價(jià)格低,比重輕,如以TiC基硬質(zhì)合金替代WC基硬質(zhì)合金,可顯著降低成本,提高切削和切割刀具的使用性能和使用壽命,所以TiC基硬質(zhì)合金具有廣闊的發(fā)展前景。

與WC基硬質(zhì)合金相比,TiC基硬質(zhì)合金的不足之處在于強(qiáng)度偏低,限制了它的應(yīng)用,因而提高TiC基硬質(zhì)合金的強(qiáng)度是亟待解決的問(wèn)題。目前對(duì)提高TiC基硬質(zhì)合金強(qiáng)度的研究主要集中在這幾個(gè)方面:一是從硬質(zhì)相的角度考慮,以TiC、TiN粉末為主要原料,燒結(jié)后形成Ti(C,N)置換固溶體,起固溶強(qiáng)化的作用[1- 2];二是從粘結(jié)相的角度考慮,通過(guò)調(diào)節(jié)Ni、Co、Mo的添加比例,調(diào)節(jié)合金中環(huán)形相的厚度,以改善粘結(jié)相對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性,進(jìn)而提高強(qiáng)度[3- 4];三是通過(guò)抑制燒結(jié)過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大提高強(qiáng)度[5]。

盡管采取以上幾種措施可以改善TiC基硬質(zhì)合金的強(qiáng)度,但效果有限,其強(qiáng)度仍無(wú)法與WC基硬質(zhì)合金相比擬,關(guān)鍵在于硬質(zhì)相的脆性和硬質(zhì)相與粘結(jié)相之間的結(jié)合力問(wèn)題。

本文研究了不同WC含量的Ti- WC- Mo- Ni硬質(zhì)合金的力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu),以揭示W(wǎng)C含量對(duì)該硬質(zhì)合金強(qiáng)度、硬度和組織的影響。

1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)用TiC、Ni、WC、Mo粉末的粒度和成分如表1所示。WC可與TiC形成復(fù)式碳化物,起固溶強(qiáng)化作用,可能會(huì)改善硬質(zhì)相的脆性。同時(shí),細(xì)晶WC在TiC晶界的析出,可能有抑制裂紋擴(kuò)展的作用。然而WC添加量不宜過(guò)多,否則會(huì)使合金轉(zhuǎn)化為WC基硬質(zhì)合金,并失去降低成本的意義。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試樣成分如表2所示。

表1 原料粉末的粒度和成分Table 1 Grain size and chemical composition of the raw powders

表2 試樣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Chemical composition of the test samples(mass fraction) %

按照常規(guī)的硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝制備試樣。粉末經(jīng)QM- 3SP2J行星式球磨機(jī)濕磨,球磨試驗(yàn)中,硬質(zhì)合金磨球與原料粉末的質(zhì)量比為5︰1,轉(zhuǎn)速300 r/min,球磨時(shí)間12 h,并加入12 ml無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)。球磨后,將混合料干燥并過(guò)篩制粒,在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上以250 MPa壓力壓制成6 mm×6 mm×35 mm的矩形試樣條,隨后進(jìn)行真空燒結(jié)。燒結(jié)溫度1 450 ℃,保溫時(shí)間1 h,爐冷。

采用CMT5305型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度,采用HBRVU- 187.5型布洛維光學(xué)硬度計(jì)測(cè)定硬質(zhì)合金的硬度,取平均值。對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行XRD試驗(yàn)。然后進(jìn)行顯微組織分析,在100倍金相顯微鏡下觀察拋光態(tài)合金的形貌。采用兩種試劑腐蝕:飽和的三氯化鐵鹽酸溶液(A)和20%氫氧化鉀水溶液+20%鐵氰化鉀水溶液(B)。試樣先在A試劑中浸蝕1 min,然后在B試劑中浸蝕3 min,在500倍顯微鏡下觀察。

最后,采用HITACHI- SU- 1500鎢燈絲掃描電鏡進(jìn)一步觀察和分析合金的組織結(jié)構(gòu)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 硬質(zhì)合金的XRD分析

圖1為WC含量不同的硬質(zhì)合金的XRD圖譜。圖1表明,合金的主要硬質(zhì)相為TiC相,隨著WC添加量的增加,TiC的衍射峰向左偏移,根據(jù)布拉格定律,2dsinθ=λ(d為平行原子平面的間距,λ為入射波波長(zhǎng),θ為入射光與晶面之夾角),燒結(jié)過(guò)程中,部分 WC固溶于TiC中形成了(Ti,W)C固溶體。該結(jié)果與文獻(xiàn)[6- 7]的試驗(yàn)結(jié)果一致。

WC添加量為5%~20%時(shí),始終存在微弱的WC衍射峰,并且隨著WC含量的增加而增強(qiáng),說(shuō)明在溶解- 再析出過(guò)程中,WC在粘結(jié)相中的溶解度下降,有少量WC從硬質(zhì)相復(fù)式碳化物中析出。

由此可見(jiàn),WC在燒結(jié)試樣中主要有三種存在形式:固溶在TiC中形成復(fù)式碳化物(Ti、W)C;形成Ti(W,Mo)C固溶體環(huán)形相[8- 9];單質(zhì)WC相。

圖1 TiC- Ni- Mo系硬質(zhì)合金的XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of the TiC- Ni- Mo cemented carbide

2.2 WC添加量對(duì)硬質(zhì)合金顯微組織的影響

2.2.1 顯微組織分析

未腐蝕合金的顯微組織如圖2所示。圖2表明,隨著WC添加量的增加,合金中的孔隙增多、增大。其原因是,由于燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生了柯肯達(dá)爾效應(yīng),WC溶入TiC生成(Ti,W)C復(fù)式碳化物,WC溶入TiC后留下的空位形成了孔隙,隨著WC添加量的增加,孔隙也隨之增多。

腐蝕后合金的顯微組織見(jiàn)圖3。圖中硬質(zhì)相呈黃色,所有試樣的顯微組織中都出現(xiàn)了細(xì)小的多邊形WC相,(Ti,W)C相呈圓形或橢圓形。

圖2 含(a)5%、(b)10%、(c)15%和(d)20%WC的TiC- Ni- Mo系硬質(zhì)合金試樣腐蝕前的金相照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of the TiC- Ni- Mo cemented carbide specimens containing (a)5%,(b)10%,(c)15% and (d)20% WC before etching

隨著WC添加量的增加,多邊形WC的含量增多,硬質(zhì)相晶粒趨于粗化。一方面,更多WC的溶入,使溶解- 再析出過(guò)程中析出的細(xì)晶WC增多,部分多邊形WC相長(zhǎng)大;另一方面,(Ti,W)C固溶體也隨著WC的添加而增多,并聚集形成粗大的硬質(zhì)相。

2.2.2 掃描電鏡分析

圖4是硬質(zhì)合金試樣的掃描電鏡照片。圖4表明,含5%~10% WC的硬質(zhì)合金的組織是一種典型的TiC- Ni- Mo組織,即黑色部分為TiC相,呈鵝卵形;包裹著TiC硬質(zhì)相的環(huán)形相為Ti(WC,Mo)C固溶體,呈灰黑色。環(huán)形相分內(nèi)環(huán)與外環(huán)。文獻(xiàn)[10]報(bào)道,內(nèi)環(huán)部分通過(guò)原子擴(kuò)散,形成于固相燒結(jié)階段,W含量較高,顏色偏白;外環(huán)部分通過(guò)溶解再析出機(jī)制,形成于固液相燒結(jié)階段,Mo含量較高,顏色偏灰。環(huán)形相的作用在于改善粘結(jié)相對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性[11]。

圖4還表明,WC添加量為5%~10%時(shí),隨著WC添加量增加,粘結(jié)相增多。其原因是,當(dāng)WC添加量不多時(shí),WC優(yōu)先溶于粘結(jié)相中,形成Ti(W,Mo)C固溶體,而WC溶入TiC形成(W,Ti)C固溶體較少,故粘結(jié)相增多。

當(dāng)WC添加量為15%~20%時(shí),WC溶入TiC形成更多的(Ti,W)C相,合金組織發(fā)生了變化,環(huán)形相中的黑色TiC區(qū)域減少,(Ti,W)C相相互連接在一起。

2.3 WC添加量對(duì)合金抗彎強(qiáng)度的影響

圖5表明,當(dāng)WC添加量為5%~15%時(shí),TiC基硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度隨著WC添加量的增加而提高。原因是,WC溶入環(huán)形相,形成了Ti(W,Mo)C固溶體,強(qiáng)化了環(huán)形相,并提高了環(huán)形相與粘結(jié)相之間的結(jié)合力。另一方面,隨著WC含量的增加,有細(xì)小的WC析出,WC具有較高的強(qiáng)度,有利于抑制裂紋的擴(kuò)展,因而提高了合金的強(qiáng)度。

圖3 含(a)5%、(b)10%、(c)15%和(d)20%WC的TiC- Ni- Mo系硬質(zhì)合金試樣腐蝕后的金相照片F(xiàn)ig.3 Micrographs of the TiC- Ni- Mo cemented carbide specimens containing (a)5%,(b)10%,(c)15% and (d)20% WC after etching

圖4 含(a)5%、(b)10%、(c)15%和(d)20%WC的TiC- Ni- Mo系硬質(zhì)合金試樣斷口的SEM形貌Fig.4 SEM micrographs of the fracture of the TiC- Ni- Mo cemented carbide specimens containing (a) 5%,(b) 10%,(c) 15% and (d) 20% WC

當(dāng)WC添加量為15%~20%時(shí),TiC基硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度有所降低。原因是,WC添加量進(jìn)一步增加,生成(Ti,W)C復(fù)式碳化物的過(guò)程中產(chǎn)生了柯肯達(dá)爾效應(yīng),WC溶入TiC留下的空位形成孔隙。另一方面,隨著WC添加量的增多,復(fù)式碳化物變粗,并相互連接在一起,導(dǎo)致強(qiáng)度下降。

2.4 WC添加量對(duì)硬質(zhì)合金硬度的影響

通常,晶粒度越小,孔隙度越小,合金的硬度越高。圖6表明,當(dāng)WC添加量為5%~10% 時(shí),TiC基硬質(zhì)合金硬度略微提高。原因是,WC的添加生成了細(xì)小WC晶粒,減小了晶粒尺寸。WC添加量為10%~20% 時(shí),合金的硬度略微下降。這是由于WC添加量增多,合金的孔隙度和復(fù)式碳化物晶粒增大所致。

圖6 TiC- Ni- Mo硬質(zhì)合金的硬度隨著WC含量的變化Fig.6 Hardness of the TiC- Ni- Mo cemented carbide as a function of WC contents

3 結(jié)論

(1)WC在TiC- Ni- Mo硬質(zhì)合金燒結(jié)過(guò)程中溶入TiC形成固溶體,并以少量細(xì)晶WC析出。隨著WC添加量的增加,(Ti,W)C固溶體和WC增多,硬質(zhì)相變粗。

(2)添加WC會(huì)使TiC- Ni- Mo硬質(zhì)合金燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生柯肯達(dá)爾效應(yīng),形成孔隙,并且隨著WC添加量的增加,合金孔隙度增大。

(3)在一定的WC添加量范圍內(nèi),TiC- Ni- Mo硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度和硬度隨著WC添加量的增加而提高,過(guò)量添加WC則使合金的強(qiáng)度和硬度降低。含15%WC的TiC- Ni- Mo硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度最高,達(dá)858.8 MPa,硬度達(dá)89.4 HRA。

[1] YASUOKA M, WANG P P, MURAKAMI R I. Comparison of the mechanical performance of cutting tools coated by either a TiCxN1- xsingle- layer or a TiC/TiC0.5N0.5/TiN multilayer using the hollow cathode discharge ion plating method [J]. Surface & Coatings Technology,2012, 206(8/9):2168- 2172.

[2] LIU N, CHAO S, HUANG X M. Effects of TiC/TiN addition on the microstructure and mechanical properties of ultra- fine grade Ti(C,N)- Ni cermets[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2006,26 (16):3861- 3870.

[3] YANG Q Q, XIONG W H, ZHOU S Q, et al. Magnetization of TiC- 10TiN-xMC-yNi (MC=Mo2C,WC) cermets [J]. Materials & Design,2017,155:255- 261.

[4] 張端峰,江垚,吝楠,等. WC- TiC- Ni硬質(zhì)合金的制備與性能[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程,2011, 16(2):303- 308.

[5] 王社權(quán).影響超細(xì)硬質(zhì)合金性能的幾個(gè)因素[J].硬質(zhì)合金,2000,17(1):9- 12.

[6] 王曉靈,熊超偉. WC碳含量對(duì)WC- TiC- (Co,Ni)硬質(zhì)合金組織性能的影響[J]. 四川冶金,2015,37(4):48- 54.

[7] MYALSKA H, SWADZBA R, ROZMUS R, et al. STEM analysis of WC- Co coatings modified by nano- sized TiC and nano- sized WC addition [J]. Surface & Coatings Technology, 2017,318:279- 287.

[8] JUNG J W,KANG S. Effect of ultra- fine powders on the microstructure of Ti(CN)-xWC- Ni cermets[J]. Acta Materialia,2004,52 (6):1379- 1386.

[9] ZHANG M,YANG Q Q,XIONG W H, et al. Effect of Mo and C additions on magnetic properties of TiC- TiN- Ni cermets [J]. Journal of Alloys and Compounds,2005, 650: 700- 704.

[10] YANG Q Q, XIONG W H, ZHANG G P, et al. Grain growth in Ti(C,N)- based cermets during liquid- phase sintering[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2015,98(3):1005- 1012.

[11] XU Q Z, AI X, ZHAO J, et al. Effects of metal binder on the microstructure and mechanical properties of Ti(C,N)- based cermets [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 644:663- 672.

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