Page 45 - 机械工程材料2024年第十一期

2024 年 11 月 第 48 卷 第 11 期 Vol. 48 No. 11 Nov. 2024

DOI：10. 11973/jxgccl230286

铬添加量对 Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

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陈宇聪 ，谭 健 ，黄 婷 ，刘伟康 ，黄莺莺 ，吴炳昆 ，姚振华 1
（1. 武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉 430070；2. 湖北中烟工业有限公司，

新型烟草制品工程中心，武汉 430040）
摘 要： 以TiC、TiN、WC、钼粉、Cr 3 C 2 为硬质相原料，以镍粉和铬粉为黏结剂（添加总质量分数为
25%，铬粉质量分数分别为0，2.5%，5.0%，7.5%），采用真空烧结工艺制备Ti（C，N）基金属陶瓷，研
究了铬添加量对该金属陶瓷显微组织、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明：添加不同含量铬的
Ti（C，N）基金属陶瓷晶粒均为芯-环结构，芯相为Ti（C，N），环形相为（Ti，W，Mo，Cr）（C，N）多
元固溶体；随着铬添加量的增加，金属陶瓷晶粒尺寸明显变大，同时环形相的均匀性变差；随着
铬添加量增加，金属陶瓷的硬度增加，抗弯强度降低，断裂韧度先升后降，当黏结相中铬质量分
数为 5.0%时综合力学性能最佳，抗弯强度、硬度和断裂韧度分别达到 1 829 MPa、90.5 HRA和
1/2
11.57 MPa · m 。当黏结相中铬质量分数为5.0%时，金属陶瓷的单位面积氧化质量增加量较未添
加铬的低，在氧化过程中表面形成了含NiCr 2 O 4 和CrMoO 4 的致密氧化膜，有效阻碍了氧元素的进一
步扩散，提升了基体的抗氧化性能。
关键词： 铬添加；Ti（C，N）基金属陶瓷；显微组织；力学性能；抗氧化性能
中图分类号：TG148 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2024）11-0037-08

0 引 言 基金属陶瓷中添加Cr 3 C 2 时，未溶解的Cr 3 C 2 分散在
黏结相内部和相界面上，在一定程度上抑制了微裂
Ti（C，N）基金属陶瓷是在TiC基金属陶瓷基础
纹的扩展。王坤 ［6］ 研究发现，随着钼含量的增加，晶
上开发的硬质耐磨材料，因具有较高的硬度、弹性模
粒有变细趋势，且组织均匀性更好，Ti（C，N）基金
量和热导率以及优异的抗蠕变性和化学稳定性而广 属陶瓷的密度提高。但是，添加WC和Cr 3 C 2 引入的
泛应用于切削刀具的制造 ［1-2］ 。随着科技的发展，切
碳元素会对Ti（C，N）基金属陶瓷致密性造成不良影
削工艺（如高速切削、振动切割、挤压切削）变得越
响，添加的钼元素在高温下极易氧化，并且当温度高
发复杂，这使得刀具的服役环境愈加恶劣，导致刀具
于700 ℃后，金属陶瓷的高温红硬性、耐磨性和抗氧
更换频率变高，严重影响了加工质量及工业生产效
［7］
化性表现并不突出，强度和韧性明显降低 。若要
率。因此，有必要开发高性能、耐高温、切削稳定的
应用于高温切削作业，需要进一步提高Ti（C，N）基
Ti（C，N）基金属陶瓷刀具。
金属陶瓷的高温抗氧化性能。
Ti（C，N）基金属陶瓷由硬质相和黏结相组成，
在Ti（C，N） 基金属陶瓷中添加抗氧化元素，使
其中硬质相一般为硬度较高的TiC和TiN，黏结相
［3］
一般为韧性和塑性较好的金属镍 。通常研究人员 其表面形成一层致密的氧化膜，是提高其高温抗氧
化性能的一种有效手段，常见的抗氧化元素有铬、
会在金属陶瓷中添加一些其他成分来提高黏结相对
铝、硅和钴等 ［7-9］ ，其中铬元素的抗氧化性能较为优
硬质相的结合力从而改善金属陶瓷的力学性能。吴
悦梅等 ［4］ 研究发现，添加WC可以细化陶瓷相晶粒， 异。此外，铬的添加还可以提高黏结相对硬质相的
润湿作用 ［10］ 。目前，以镍、铬为黏结剂制备Ti（C，N）

从而提高Ti（C，N）基金属陶瓷的强韧性。何林等 ［5］
基金属陶瓷的研究主要集中在显微组织及力学性能
研究发现，在Ti（C 0.5 N 0.5 ） - （Ni-Co） -Mo 2 C系Ti（C，N）

上 ［11-12］ ，关于铬对金属陶瓷高温抗氧化性能影响的报
道较少。为此，作者以TiC、TiN、WC、钼粉、Cr 3 C 2
收稿日期：2023-06-20；修订日期：2024-05-06
为硬质相原料，以镍和铬为黏结剂，制备了Ti（C，N）
基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目（52001118）
基金属陶瓷，研究了铬元素添加量对金属陶瓷显微
作者简介： 陈宇聪（1999—），男，湖北黄冈人，硕士研究生
导师：姚振华副教授 组织、室温力学性能以及高温抗氧化性能的影响，以
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