高性能金属陶瓷刀具材料的研制及其切削性能研究

【摘要】：金属陶瓷刀具的硬度比硬质合金高,抗弯强度和断裂韧性比陶瓷刀具高,更适合加工淬硬钢、高强度钢。因此有必要研究高性能金属陶瓷刀具材料,促进其实际应用。 微米和纳米改性金属陶瓷刀具材料是陶瓷材料研究的重要领域,本文利用微米级Ti(C,N)金属陶瓷为基体,分别添加了纳米级Al_2O_3和Ti(C,N)研制出了性能优良的纳米改性金属陶瓷刀具材料。研究了烧结工艺和添加剂(Cr_3C_2、VC、La_2O_3和Y_2O_3)对材料体系Ti(C,N)-Ni-Co显微组织和力学性能的影响。对高性能金属陶瓷刀具材料的力学性能、微观结构和切削性能进行了详细的研究。 根据金属陶瓷的设计原则,确定了Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的材料体系,以Ti(C,N)固溶体为基体,添加的粘结金属为Ni和Co或Ni和Mo,添加剂为VC、Cr_3C_2、La_2O_3、Y_2O_3、Al_2O_3和MgO等。优化了热压烧结工艺,确定了合适的烧结工艺:烧结温度为1450℃,压力为25MPa,保温时间为30min。 系统研究了添加剂(Cr_3C_2、VC、La_2O_3和Y_2O_3)对材料体系Ti(C_(0.7)N_(0.3))-Ni-Co显微组织和力学性能的影响。结果表明:VC对金属陶瓷刀具材料Ti(C,N)-(Ni-Co)-Cr_3C_2-VC的力学性能的影响很大,随着VC含量的增加,材料的抗弯强度基本呈下降趋势,而硬度和断裂韧性呈上升趋势,VC的含量为0.8wt%时抗弯强度达到最大,为981MPa,VC的含量为16%的时硬度和断裂韧性达到最大,但是其综合力学性能最好。在烧结温度为1450℃,压力为25MPa,保温时间为30min的条件下,添加稀土氧化物(La_2O_3和Y_2O_3)可提高材料的断裂韧性,达到增韧效果,但没发现其增强效果。 系统研究了纳米Al_2O_3和纳米Ti(C,N)改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能。结果表明,纳米Al_2O_3的添加可明显提高材料的硬度和断裂韧性,材料的综合力学性能得到提高,材料的体系为:Ti(C_(0.7)N_(0.3))-(Ni-Mo)-Cr_2C_3-Al_2O_3-MgO,Al_2O_3的含量为10%和12%(质量百分比),材料的综合力学性能最好:强度分别为925和900MPa,硬度分别为18.4和17.4GPa,断裂韧性分