Page 47 - 机械工程材料2024年第十一期

陈宇聪，等：铬添加量对Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

由于铬原子与镍原子的原子半径差小于15%，能形 面 ［14］ ，形成富钨、钼的（Ti，W，Mo，Cr）（C，N）多元
成无限固溶体，添加的铬还会固溶于黏结相镍中，导 固溶体，由于钼的添加量相对较少，白色内环形相只
致镍晶格畸变，镍衍射峰明显向小角度偏移。当金 有较薄的一层；灰色的外环形相在液相烧结阶段通
属陶瓷中铬的添加量（质量分数，下同）为2.5%时， 过溶解-析出行为形成 ［14］ ，主要为贫钨、钼的（Ti，W，
镍衍射峰偏移程度最大，说明此时镍基体晶格发生 Mo，Cr）（C，N）多元固溶体。此外，4种金属陶瓷中
畸变的程度最高 ［10］ 。 陶瓷晶粒的芯/环结构均呈不规则状，可能是因为
2.2 显微组织 应变能 ［15］ 的存在引起了界面不稳定性。未添加铬金
由图2可以看出，4种金属陶瓷均主要由芯相、 属陶瓷表面组织中未出现较多大尺寸的黑色芯相颗
环形相和黏结相组成，陶瓷晶粒均具有典型的黑色 粒，平均尺寸为1.57 μm，且颗粒分散较为均匀；添加
芯相-白色内环形相-灰色外环形相结构。黑色芯相 铬后金属陶瓷的晶粒粗化，并且随着铬添加量的增
为由颗粒TiC和TiN通过固溶反应生成的Ti（C，N） 加，尺寸较大的黑色芯相颗粒数量逐渐增多，当铬添
固溶体。白色的内环形相产生于固相烧结阶段，钼、 加量为7.5%时颗粒平均尺寸增大至1.73 μm，环形
钨等元素通过颗粒间的接触扩散到黑色芯相的表 相厚度分布不均匀。

图 2 不同铬添加量金属陶瓷表面的 SEM 形貌
Fig. 2 SEM morphology of surface of cermets with different additions of Cr
由图3可以看出， 少量铬元素分布在环形相中。铬 陶瓷的硬度增加。随着铬添加量的增加，金属陶瓷
与钨、钼都属于ⅥB族元素， 原子最外层结构相同，在液 的断裂韧度先升高后降低，当铬添加量为 2.5%时
相烧结阶段，铬能和钨、钼等元素一起固溶到Ti（C，N） 达到最高12.31 MPa · m ，这是因为此时镍晶格畸
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中形成多元固溶体，因此在环形相中检测出铬元素。 变的程度最高，间接提高了金属陶瓷的断裂韧度。
2.3 力学性能 综上所述，当铬添加量为5.0%时，金属陶瓷的抗弯
由图 4 可以看出，随着铬添加量的增加，金属 强度、断裂韧度和硬度均较高，表现为综合力学性能
陶瓷的抗弯强度下降，当铬添加量为 7.5%时急剧 最佳，抗弯强度、硬度和断裂韧度分别为1 829 MPa，
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下 降 至 1 427 MPa，硬 度 增大，由 89.4 HRA 增 至 90.5 HRA和11.57 MPa · m 。
90.5 HRA。随着铬添加量的增加，金属陶瓷中黑色 由图5可以看出，4种金属陶瓷的断裂方式均包
芯相的颗粒尺寸不断增大，组织均匀性变差，导致 括穿晶断裂和沿晶断裂，陶瓷相大颗粒发生穿晶断裂
抗弯强度下降。黏结相中固溶的铬含量随着铬添加 形成解理断面，小颗粒发生沿晶断裂形成凹坑，黏结
量的增加而增多 ［10］ ，固溶强化效果增强，因此金属 相发生塑性变形形成韧窝和撕裂棱。金属陶瓷的断
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