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TiCN强化铁基复合材料的组织及性能研究

TiCN强化铁基复合材料的组织及性能研究

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作者：陈泽民湘潭大学

学位级别：硕士

与WC-Co硬质合金相比,钢结硬质合金具有优异的可加工性、可热处理性、高强韧性等优势。TiCN具有高熔点、高硬度以及优异的耐腐蚀性及抗氧化性。但是,TiCN是由TiC和TiN连续固溶而形成的单一化合物,TiN与Fe之间润湿性较差,界面结合力弱,... 详细信息

与WC-Co硬质合金相比,钢结硬质合金具有优异的可加工性、可热处理性、高强韧性等优势。TiCN具有高熔点、高硬度以及优异的耐腐蚀性及抗氧化性。但是,TiCN是由TiC和TiN连续固溶而形成的单一化合物,TiN与Fe之间润湿性较差,界面结合力弱,进而导致合金的强韧性降低。本论文针对TiCN基钢结硬质合金强韧性不足,耐磨性、耐腐蚀性、耐温性以及加工性有待进一步提升等问题,分别采用常规含钴粉末冶金高速钢(ASP30,6W-5Mo-4Cr-3V-8Co)和一种新型无碳时效硬化钢(Fe-25Co-15Mo)作为基体制备TiCN基钢结硬质合金,研究热加工、热处理工艺对其组织和性能的影响,以及各自的强化机理。采用DFT直接制备工艺,研究球磨时间与烧结温度对材料显微组织、致密化机理以及各项力学性能的影响,综合制定最佳的制备工艺路线。TiCN基耐高温钢结硬质合金以及TiCN强化ASP30粉末冶金高速钢的相关结论如下:(1)在TiCN基耐高温钢结硬质合金的制备成型研究过程中,材料的最佳球磨时间为32h,最佳烧结温度为1425℃。此成型制备工艺所获得的材料在微观形貌下硬质相尺寸波动幅度稳定并且在分布均匀,其密度为其密度为6.92g/cm,硬度和横向断裂强度分别为62.60HRC和1376.64N/mm。(2)在TiCN基耐高温钢结硬质合金的热处理工艺步骤研究过程中,材料的性能并未随淬火温度的改变而发生明显变化与改善,但后续的热等静压工艺对材料的横向断裂强度以及调质处理对材料的硬度都产生较为明显的影响。材料在热等静压处理后的横向断裂强度为为2224.26N/mm;在调质处理后及淬火状态下硬度大约降低5HRC,回火处理后硬度会有11HRC的性能提升。(3)在TiCN基耐高温钢结硬质合金的回火处理研究过程中,材料在520℃回火温度下硬度达到最高,为73.1HRC,在后续的回火温度中仍表现出较高的硬度,700℃回火温度下硬度达到65.8HRC。材料的冲击韧性和横向断裂强度在700℃回火时获得最大值4.70J/cm和2227.35N/mm。并且材料可在极短时间内获得较高的回火硬度,随回火时间的延长并未出现较大幅度的降低趋势。(4)在TiCN强化ASP30粉末冶金高速钢的旋锻工艺研究过程中,其旋锻变形量为0%、21%、40%、56%、73%。研究发现:TiCN的添加可显著提高ASP30高速钢的耐磨性,并改善其磨损轮廓。旋锻变形量为56%时可显著提高TiCN强化粉末冶金高速钢的抗弯强度和冲击韧性,其最佳性能为14.55J/cm和4084.99N/mm。

关键词： TiCN 制备成型热处理微观结构金属力学性能

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