硬质相粒度对Ti（C,N）基金属陶瓷断裂韧性的影响

用压痕法测定了具有不同粒度硬质相的Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧度,结果发现,当成分和制备工艺不变时,Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性随硬质相粒度的增大而减小,进一步分析表明,当Ti(C,N)颗粒较粗时,极易发生穿晶断裂,并且裂纹连续穿晶扩展时亦不会发生显著的偏转或分叉,金属陶瓷呈现较强的脆性断裂特征,而当Ti(C,N)颗粒较细时穿晶断裂几率大大减小,裂纹较易沿Ti(C,N)颗粒与粘结相的界面扩展,导致脆性断裂现象减少和裂纹偏转而增韧。产生上述现象的主要原因与Ti(C,N)晶体的结构有关,面心立方结构的Ti(C,N)晶体中可能存在多个潜在的滑移面和滑移系,裂纹从一个Ti(C,N)颗粒扩展至另一个Ti(C,N)颗粒时很容易形成取向有利。     

Mo2C含量对Ti(C,N)基陶瓷力学性能和显微结构的影响

采用热压烧结工艺制备了添加微量Cr3C2的Ti(C0.5N0.5)-(Ni-Co)-Mo2C-Cr3C2系Ti(C,N）基金属陶瓷。分析三种不同Mo2C含量材料的力学性能、断口形貌和磨削表面压痕裂纹扩展情况，研究表明：材料的断裂均以沿晶断裂为主；材料的抗弯强度与Rim相有关，8wt%Mo2C含量的金属陶瓷Rim相厚度适中，抗弯强度高；0.6wt%Mo2C含量的金属陶瓷的扩展裂纹短，裂纹扩展发生偏转，断裂韧性高。     

挤压AZ31B镁合金圆棒不同取向的疲劳裂纹扩展

使用紧凑拉伸(CT)试样,研究了挤压AZ31B镁合金圆棒三个方向的组织及疲劳裂纹扩展性能。结果表明,疲劳裂纹以穿晶为主的混合方式沿滑移带扩展。T-L方向裂纹呈直线扩展,扩展速率最高,T-R方向孪生和滑移协同塑性变形,裂纹局部偏转,呈波浪形沿径向扩展,扩展速率较低,强织构和不均匀组织引起L-T方向裂纹分叉和偏离,降低了裂纹尖端有效驱动应力强度因子幅,裂纹扩展速率最低,在疲劳裂纹扩展速率(da/dN)与应力强度因子幅(ΔK)的关系曲线上出现水平段。在ΔK较小时加载频率对裂纹扩展速率的影响不大,ΔK>3 MPa m时裂纹扩展速率随着加载频率的提高而减小。     

纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能

为了进一步提高金属陶瓷的力学性能及其刀具的高速切削性能, 研究了纳米增强金属陶瓷的显微组织特征和热冲击性能。扫描电镜和透射电镜分析表明: 组织中陶瓷相呈现典型的芯2壳结构特征; 芯为TiC 或Ti (C ,N) , 而壳则为( Ti ,Mo ,W) (C ,N) 固溶体。纳米增强金属陶瓷机制为细晶强化、弥散强化和固溶强化。热冲击实验表明: 随着热循环的进行, 材料中孔洞的数量、孔洞的尺寸以及微裂纹的尺寸随之增大; 同时, 热循环过程中出现的表面氧化、裂纹长大、偏转以及桥接现象也很显著。与常规Ti (C ,N) 金属陶瓷相比, 纳米增强金属陶瓷的抗热冲击性能明显提高。      

氮化硼纳米管增强氮化硅陶瓷裂纹扩展的有限元分析

在氮化硅(Si3N4)陶瓷中添加氮化硼纳米管(BNNT)增强体制备了BNNT/Si3N4复合材料,利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si3N4复合材料的微观形貌。利用ABAQUS有限元模拟了BNNT/Si3N4复合材料中裂纹偏转、钉扎、分叉、桥联尖端的应力分布情况。结果表明:BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si3N4陶瓷,说明BNNT对Si3N4陶瓷的裂纹扩展有阻碍作用。Si3N4陶瓷与BNNT的界面结合良好,而良好的结合界面有利于提高界面的摩擦力。BNNT/Si3N4复合材料裂纹扩展情况的有限元模拟表明,BNNT可以吸收Si3N4陶瓷裂纹尖端的应力,有效阻止了Si3N4陶瓷基体中产生大的应力集中,而且当裂纹扩展到BNNT附近时,裂纹尖端会形成强的应力屏蔽区,增加了裂纹扩展的阻力。裂纹钉扎、桥联对增加裂纹扩展阻力的作用高于裂纹偏转和分叉。     

TiB2-TiN复合陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能研究

热压烧结制备了不同TiN含量的复合陶瓷刀具材料TiB2-TiN-(Ni, Mo),对其性能测试表明,随着TiN含量的增加,材料的抗弯强度和断裂韧度逐渐提高,但是材料的硬度在TiN的含量达到40%(体积分数)时却大幅度降低.利用X衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDAX)分析了复合材料的物相和显微组织,结果表明,烧结过程中生成了MoNi相;随TiN含量增加,材料从以沿晶断裂为主转变为同时有沿晶断裂和穿晶断裂的断裂模式;裂纹扩展过程中有金属颗粒桥连现象.分析认为,材料的主要增韧机制是延性相颗粒桥连和裂纹偏转.     

放电等离子烧结制备Ti/C叠层材料及其力学性能

以Ti和C的片状材料为原料, 利用放电等离子烧结(SPS)技术烧结制备了具有层状结构特征的Ti/C叠层复合材料, 研究了不同烧结温度下的叠层材料的组织形貌和室温力学性能。研究结果表明: 随烧结温度的升高, 反应层的厚度增大, 烧结温度达到1500℃时, 反应层的厚度可达到32.6 μm, 进一步提高烧结温度, 将会使Ti发生熔化现象, 无法得到Ti/C叠层复合材料。当烧结温度达到1500℃和1510℃, 层状复合材料的抗弯强度和断裂功分别达到最大值1571.51 MPa和215.09×10³ J/m²。Ti/C叠层复合材料的裂纹扩展路径主要有裂纹偏转、 裂纹并行扩展和裂纹尖端的分叉钝化, 这些扩展路径是叠层材料增韧的主要机制。     

316不锈钢应力腐蚀断裂扫描电镜研究

应用扫描电镜和Ｘ射线能量色散谱仪对３１６不锈钢应力腐蚀断口形貌、腐蚀产物及裂纹扩展的晶体学特征进行研究。结果表明,断裂为穿晶断裂,断口形貌为台阶条纹和河流花样,并有腐蚀产物和腐蚀坑等。通过对腐蚀坑形貌的研究,提出了腐蚀坑形态与晶面之间的关系,证明了３１６不锈钢在氯离子环境下的应力腐蚀开裂主要沿｛１００｝、｛１１１｝、｛１１０｝晶面扩展的机制。     

TiB_2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料的制备及力学性能

通过添加固体润滑剂h-BN,采用真空热压烧结工艺制备TiB2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料,对其密度和力学性能进行测试,并采用XRD和SEM对材料的物相和显微结构进行分析。结果表明:TiB2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料的相对密度为97.5%,抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为652MPa、4.5MPa·m1/2和14.8GPa。片状结构的固体润滑剂hBN颗粒保存完整,分布均匀,而且可有效抑制基体TiB2晶粒的长大。材料的断裂模式是穿晶/沿晶断裂的混合型,以穿晶断裂为主。材料的增韧机理以裂纹偏转和裂纹桥联为主。TiB2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料的摩擦因数低于0.3,与其他添加h-BN的自润滑陶瓷材料相比,具有良好的力学性能和摩擦性能。     

碳纳米管增韧超细Ti(C|N)基金属陶瓷

Ti(C,N)基金属陶瓷的低韧性限制了其广泛应用于切削刀具领域。为探究碳纳米管对超细Ti(C,N)基金属陶瓷断裂韧性的影响,采用化学镀工艺在碳纳米管表面镀Ni,采用粉末冶金法真空烧结制备了不同碳纳米管含量的超细Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了不同含量镀镍和未镀镍的碳纳米管对Ti(C,N)金属陶瓷组织和断裂韧性的影响。扫描电镜照片表明 , 添加CNTs后,组织中出现无芯晶粒及微孔洞。压痕法测试断裂韧性的结果表明,纳米管的加入使超细Ti(C,N)金属陶瓷的断裂韧性提高 29. 4 %～62. 7 % , 碳纳米管增韧机制为裂纹偏转和桥接增韧、无芯晶粒增韧及微孔洞增韧。此外,随着碳纳米管含量的增加,超细CNTs/Ti(C,N)金属陶瓷复合材料的相对密度和硬度均有轻微下降。添加镀镍和未镀镍碳纳米管对超细Ti(C,N)金属陶瓷都具有很好的增韧作用。     

Cr3C2含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响

采用热压烧结工艺制备了添加微量Mo2C的Ti(C0.5N0.5)-(Ni-Co)-Mo2C-Cr3C2系Ti(C，N)基金属陶瓷。对三种不同Cr3C2含量材料的力学性能、断口形貌和磨削表面压痕裂纹扩展进行了研究，结果表明：Cr3C2含量增加，抗弯强度呈增加趋势；Cr3C2含量低于8％(质量分数，下同)时，材料的断裂韧性下降不大，Cr3C2含量超过8％后，Cr3C2含量增加，材料的断裂韧性急剧降低。     

Carbon nanotube/ultrafine grade Ti(C,N) based cermets composite

Abstract

Effects of CNT addition on the microstructure and mechanical properties of Ti(C,N)–WC–Mo–Ni cermets were studied. Ti(C,N) based cermets present the typical dark core/grey rim and white core/grey rim grains. The amount of the typical dark core/grey rim grains decreases with the increase in CNT addition. For 1 wt-% CNT addition, the value of TRS is 1174·5 MPa, which is about 1·45 times than that of cermet without CNT addition whose strength is 807·3 MPa. The cermet with 5·0 wt-% CNTs increased the fracture toughness from 10·2 to 15·9 MPa m^1/2. The hardness does not change initially, decreases with further increase in the addition of CNTs.     

夹杂物和晶粒尺寸对洁净车轮钢室温冲击韧度的影响

对洁净车轮钢在不同温度下进行正火处理,得到不同晶粒尺寸的显微组织,然后对车轮钢进行室温冲击试验,利用扫描电镜对冲击试样断口形貌进行观察,研究了夹杂物和晶粒尺寸对洁净车轮钢室温冲击韧度的影响。结果表明：部分车轮钢冲击试样以夹杂物起裂,夹杂物类型为Ti（C,N）,另一部分冲击试样断口起裂源处则未发现有夹杂物,但尺寸在10μm以下的Ti（C,N）夹杂物对车轮钢的冲击韧度没有明显的影响,而晶粒尺寸对车轮钢的冲击韧度有明显影响;其主要原因是室温下车轮钢冲击断裂的临界事件是微裂纹穿过晶界扩展引发解理断裂,因此晶粒尺寸是决定洁净车轮钢冲击韧度的主要因素。     

WC与Mo2C的添加对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和耐腐蚀性能的影响

目的 研究Ti(C,N)-WC-Mo2C-Ni-Co金属陶瓷的成分、显微组织和耐腐蚀性能之间的关系,以期提高金属陶瓷材料的耐腐蚀性能.方法 采用粉末冶金方法 在金属陶瓷中添加不同比例的WC与Mo2C,并对金属陶瓷显微组织、力学性能及在酸性和碱性溶液中的腐蚀行为进行系统研究.结果 随着WC与Mo2C比例的降低,金属陶瓷组...     

层状Ti3SiC2陶瓷的组织结构及力学性能

利用热压烧结TiH₂,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti₃SiC₂陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度, 发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。 这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti₃SiC₂材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti₃SiC₂基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti₃SiC₂材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。     

TiC含量对WC-TiC-TaC硬质合金材料微观组织及力学性能的影响

本研究采用真空热压烧结技术, 在1600℃下制备了WC-TiC-TaC硬质合金材料, 研究了TiC含量对其微观组织及力学性能的影响。结果表明, 随着TiC含量的增多, 硬质合金材料的晶粒显著增大。当TiC的含量从10wt% 增加到25wt%时, 硬质合金材料的硬度逐渐增大, 最高可达19.81 GPa, 这是由于TiC的硬度高于基体WC的硬度; 与此同时, 硬质合金材料的抗弯强度和断裂韧度逐渐减小。当TiC的含量为10wt%时, 材料的抗弯强度有最大值, 其值为1147.24 MPa, 这是由于在材料内部形成了均匀、细小的晶粒组织; 在此含量下, 复合材料的增韧机理为细晶增韧、裂纹偏转、裂纹分支、裂纹桥接和韧窝增韧, 其断裂韧度有最大值, 为14.60 MPa·m^1/2。     

Use of Ti in hard metal alloys – Part II: mechanical properties

WC‐Co hard metal is a material of high hardness, high compressive strength and wear resistance while maintaining good toughness and thermal stability. Samples of nanosized WC powders with 10 wt% Co, WC‐10 wt% Ti, WC‐9 wt% Ti‐1 wt% Co were cold pressed at 200 MPa and sintered at 1500°C during 1 hour under vacuum of 10^–2 mbar. The characterization of the sintered materials was performed by the measurements of densification, HV30 hardness, fracture toughness and compression strength. The results showed that it is possible to process a hard metal through a Powder Metallurgical conventional route from nanoscaled WC grains, using Ti (or a Ti‐Co mixture) as a binder phase, with good mechanical properties.     

Microstructure of alumina reinforced with tungsten carbide

Carbides and nitrides reinforced alumina based ceramic composites are generally accepted as a competitive technological alternative to cemented carbide (WC-Co). The aim of this work was to investigate the effect of dispersed tungsten carbide (WC) on the microstructure and mechanical properties of alumina (Al₂O₃). Micron size alumina and tungsten carbide powders were mixed in a ball mill and uniaxially pressed at 1600°C under 20 MPa in an inert atmosphere. The hardness of WC reinforced alumina was 19 GPa and fracture toughness attained up to 7 MPa m^1/2. It was demonstrated by TEM analysis that coarse, micrometersized tungsten carbide grains were located at grain boundaries of the alumina matrix grains. Additionally, sub-micrometer tungsten carbide spheres were found inside the alumina particles. Crack deflection triggered by the tungsten carbide at the grain boundaries of the alumina matrix is supposed to increase fracture toughness whereas the presence of intergranular and intragranular hard tungsten carbide particles are responsible for the increase of the hardness values of the investigated composite materials.