納米改性Ti(C，N)基金屬陶瓷與傳統(tǒng)Ti(C，N)基金屬陶瓷相比，具有優(yōu)良的綜合性能吉蔬，因而被廣泛用作刀具材料。隨著制造技術(shù)的發(fā)展券听，金屬陶瓷強度和韌性得到不斷提高敏握，刀具的抗塑性變形和抗崩刃性能也有所改善；并且骨唇，刀具的高溫強度和高溫硬度炕婶、導(dǎo)熱性和耐沖擊性也都有所提高，使其不僅可用于鋼材和鑄鐵的精加工，而且可成為粗加工柠掂、銑削等斷續(xù)切削適宜的刀具材料。當(dāng)前依沮，銑刀的使用量僅次于車刀和鉆頭涯贞，隨著數(shù)控機床和專用銑床的普及，銑刀的使用量越來越大危喉。由于銑削過程采用大進給量的傾向日趨加強宋渔，因此，加工條件也越來越惡劣辜限，對銑削刀片用刀具材料的穩(wěn)定性要求越來越高皇拣。另外，用于斷續(xù)銑削的銑刀與連續(xù)切削的車刀相比薄嫡，銑刀在使用中因承受反復(fù)的沖擊容易發(fā)生脆性破損氧急。為此，研制和開發(fā)高強韌性銑削刀片毫深，特別是用納米改性Ti(C吩坝，N)基金屬陶瓷刀具材料就顯得尤為必要。目前径以，在國內(nèi)盡管已有許多有關(guān)銑削刀片用刀具材料的報道姐硬。但是，對銑削刀片用納米改性金屬陶瓷的研究還未見報道夺疹。本文即研究銑削用納米改性金屬陶瓷的顯微組織和力學(xué)性能柄豹，為其下一步用作銑刀刀具材料提供理論指導(dǎo)。

2 實驗方法

1) 材料制備

銑削刀片用納米改性金屬陶瓷試樣的化學(xué)成分如表1所示应康。首先橱狗，用ZB220-T型超聲波對納米TiN粉進行分散，混料后加入適量無水乙醇并置于QM-1F行星式球磨機上進行球磨24h宠宗。待混合料干燥后饮协，加入一定量的汽油橡膠溶液進行造粒，然后瓣硼，在約200MPa壓力下模壓成形啰价，最后，在1440℃溫度下真空燒結(jié)1h聂映。

銑削用納米改性金屬陶瓷試樣的化學(xué)成分
試樣序號 各試樣化學(xué)成分(wt%)
TiN(nm) WC TiC Mo Co Ni C
a 10 15 Rest 4 12 12 1.0
b 6 8 16
c 15 6 18
d 6 10 14
e 4 14 14

2) 組織觀察

試樣表面經(jīng)1μm金剛石拋光膏拋光后起便，用m(HF):n(HCI)=1:1的混合酸進行長時間熱腐蝕后并用清水沖洗干凈，然后窖维，在HITACHI X-650型掃描電鏡上觀察顯微組織榆综。斷口形貌觀察在LEO-1530VP型掃描電鏡上進行。

3) 抗彎測試三點彎曲實驗

在MTS801-23型試驗機上進行。試樣尺寸為30mm×5mm×5mm鼻疮；跨距為20mm怯伊，壓頭速度為1mm/min。實驗采用單邊切口梁法測斷裂韌性判沟，試樣尺寸為30mm×5mm×2.5mm耿芹，試樣切口用金剛石刀片切出寬0.15～0.20mm的缺口，切口深度a為0.5mm挪哄，切口尖端曲率半徑在0.1～0.2mm之間吧秕，跨距為20mm，加載速率為0.05mm/min迹炼。用此方法計算試樣的斷裂韌性KIC的公式為

KIC=Y 3PL a?
 
2bh2

式中Y=1.93-3.07(a/h)+14.53(a/h)2-25.11(a/h)3+25.8(a/h)4

3 結(jié)果與討論

1) Mo添加量對顯微組織的影響

由圖1可以看出砸彬，銑削刀片用納米改性金屬陶瓷的組織仍為陶瓷相和金屬相兩相；基體組織中較粗大的陶瓷相呈芯/殼結(jié)構(gòu)斯入，即TiC芯外包覆有一層硬質(zhì)相(Ti蓉凰，Mo，W)(C图漓，N)即“SS”相)铐跷。環(huán)形相(“SS”相)形成能有效抑制基體Ti(C，N)晶粒的長大肄朵，從而提高了材料的力學(xué)性能涧兜；它的形成是由于WC、Mo2C及Ti(C贰漱，N)向液相中溶解和在粗Ti(C筹飒，N)顆粒上再析出的結(jié)果。
  
(a) 12Ni-12Co-4Mo (b) 16Ni-8Co-6Mo (c) 18Ni-6Co-15Mo

研究表明簸悟，向Ti(C葡债，N)基金屬陶瓷中添加Mo能改善液態(tài)金屬Ni對基體的潤濕性和抑制燒結(jié)時碳化物晶粒的長大，并且能提高Ti(C明青，N)基金屬陶瓷的高溫抗彎強度Q5R蓝垢。在TiC-Ni-Mo系中，當(dāng)Ni中Mo含量達10wt%時能完全潤濕TiC顆粒(接觸角q=0°女责。由圖1可見漆枚，隨Mo添加量的增加，TiC基金屬陶瓷的組織明顯細(xì)化抵知。這是因為Mo能抑制燒結(jié)時碳化物相晶粒的長大墙基，這與潤濕性的改善有關(guān)；在完全潤濕的條件下刷喜，碳化物顆粒不出現(xiàn)聚集再結(jié)晶残制，這種見解現(xiàn)在已經(jīng)得到普遍承認(rèn)。此外，在燒結(jié)溫度下初茶，Mo向TiC顆粒擴散颗祝，并取代TiC晶格中的Ti，在TiC顆粒表面上形成(Ti纺蛆，Mo), 固溶體吐葵，這就減少了純TiC顆粒接觸，并防止純TiC顆粒聚集長大桥氏。這同樣是造成TiC基金屬陶瓷晶粒更細(xì)和組織更均勻的另一個重要原因。特別由圖1(c)可以看出妥抬，當(dāng)Mo含量達15wt%時蛆器，對TiC基金屬陶瓷的組織細(xì)化效果要更加顯著。由Hall-Petch公式可知蔓摇，金屬陶瓷組織的細(xì)化可以明顯提高材料的屈服強度和植，這為其下一步用作刀具材料奠定了良好的基礎(chǔ)。

在腐蝕掉組織中大部分金屬粘結(jié)相后崩绑，可見許多諸如TiC铅夷、WC等異種亞微米碳化物和納米TiN顆粒隨機分布于各陶瓷相顆粒之間。據(jù)文獻報道寂疏，這些分布于TiC/TiC的兩相或三相晶界上的納米TiN和異種亞微米碳化物顆粒场暮，一方面，起到固溶強化金屬粘結(jié)相的作用忱徙，另一方面迁枪，能起到有效釘扎TiC晶界和粘結(jié)相中位錯的作用，使TiC晶界和位錯難以運動缭慈，從而在一定程度上阻礙金屬陶瓷的晶粒異常長大冲肖，這樣整個基體中TiC晶粒也可得到明顯的細(xì)化，使金屬陶瓷的整體組織趨于均勻化涯捻。

2) 金屬粘結(jié)相力學(xué)性能的影響

無論采用單相金屬Ni 還是采用復(fù)相Ni-Co做金屬粘結(jié)相浅妆，金屬陶瓷的抗彎強度(σbb)和斷裂韌性(KIC)都隨粘結(jié)相含量的增加而升高，而硬度(HRC)則隨粘結(jié)相含量增加而降低障癌。但是凌外，采用(Ni+Co)復(fù)相粘結(jié)時，金屬陶瓷的力學(xué)性能要優(yōu)于單相Ni粘結(jié)的金屬陶瓷性能混弥。
  
(a) 粘結(jié)相含量對強度影響 (b) 粘結(jié)相含量對硬度影響 (c) 粘結(jié)相含量對斷裂韌性影響

 粘結(jié)相含量和類型對金屬陶瓷力學(xué)性能的影響

用(Ni+Co)復(fù)合粘結(jié)相使金屬陶瓷力學(xué)性能提高的原因主要還是與顯微結(jié)構(gòu)的改善有關(guān)趴乡。由于Co有著比Ni更高的韌性，而且適當(dāng)添加Co可以改善粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性蝗拿，所以在采用相同的燒結(jié)工藝時晾捏，含Co金屬陶瓷的斷裂韌性和致密度比完全用Ni作粘結(jié)相的要高。但是，由于Co價格比較昂貴惦辛，因此劳秋，Co添加量較多時對成本不利。

3) 斷口形貌分析
隨著粘結(jié)相含量的增加胖齐，斷口形貌也隨著變化玻淑。斷裂模式以沿晶斷裂為主。這是由于裂紋沿晶界擴展所需的能量較少的緣故茎冒。但對較粗大的陶瓷相宫氛，存在著解理斷裂。從斷口還可以看出宠璧，金屬相存在著明顯撕裂的痕跡(撕裂棱)和小碳化物顆粒從金屬粘結(jié)相中拔出后留下的韌窩间渐。
  
(a) 12Ni-12Co-4Mo (b) 14Ni-10Co-6Mo (c) 14Ni-14Co-4Mo

4 結(jié)論

1) 銑削刀片用納米改性金屬陶瓷組織仍由陶瓷相和金屬相構(gòu)成，其中粗大的陶瓷相為芯/殼結(jié)構(gòu)姊黍，即Ti(C东哀，N)芯外包覆有一層硬質(zhì)相(Ti，Mo沃铣，W)(C尘斧，N)(即“SS”相)。
2) Mo的加入能明顯細(xì)化金屬陶瓷基體組織暴彻，使強度和硬度增加派男。但Mo量的添加過多對改善斷裂韌性是不利的。
3) 抗彎強度和斷裂韌性都隨粘結(jié)相含量增加而增加芋沽，硬度則呈相反規(guī)律塑崖。沿晶斷裂為主要的斷裂模式。