Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料研制.pdf

山东轻工业学院
硕士学位论文
Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料研制
姓名:王兴海
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:许崇海
2011-05-20
山东轻工业学院硕士学位论文
摘要
目前,模具是现代工业生产中不可缺少的重要装备,但模具工作条件较为恶劣,如
冷挤压时的单位挤压力可达 2000MPa 以上,伴随模具内流动的金属与模具表面的剧烈
摩擦以致模具温度随之升高,所以常常发生模具氧化、粘模或焊合等现象,加剧了模具
的磨损,并降低了模具寿命。因此,选择高耐磨性、高硬度的模具材料已经成为提高模
具寿命的一个重要途径。本文从提高金属陶瓷模具材料的综合力学性能出发,采用热压
烧结方法制备出较高综合力学性能的 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料,对材料组
分、微观结构、烧结工艺及其与材料综合力学性能之间的关系进行了研究。分析了 Ti(C,N)
基纳米复合金属陶瓷模具材料的增韧补强机理,并对 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具
材料的摩擦磨损特性进行了研究。
实验研究了纳米 ZrO2、微米 WC 对 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料力学性能
和微观结构的影响,并对 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料的热压烧结工艺进行了
优化,最终制备了综合力学性能较好的 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料,其抗弯
强度为 1144MPa、断裂韧性为 ·m1/2、硬度为 ,与 Ti(C,N)基金属陶瓷
模具材料相比,虽然硬度降低,但是抗弯强度和断裂韧性分别提高了 %和 %。
所制备的 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料中,纳米 ZrO2 粉体的添加,细化了 Ti(C,N)
基金属陶瓷模具材料的晶粒,与 Ti(C,N)基体形成了“晶内/晶间混合型”结构,形成了
穿晶断裂/沿晶断裂混合断裂模式。此外,在纳米 ZrO2 的相变增韧、裂纹的桥联、裂纹
的偏转及分支等各种增韧补强机理的协同作用下 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料
的综合力学性能得到了提高。
对所制备的 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料进行了摩擦磨损性能实验研究,
并借助扫描电子显微镜和 X 射线衍射仪对磨损试样表面进行了微观结构形貌观察与分
析,研究了 Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷模具材料的磨损机理,其磨损机理主要为磨粒
磨损、氧化磨损和粘着磨损,而 Ti(C,N)基金属陶瓷模具材料的磨损机理为晶粒的剥落
和脆性断裂。最后进行初步的模具制造工艺验证。




关键词:Ti(C,N);纳米复合金属陶瓷;力学性能;摩擦磨损

* 山东省科技攻关计划项目(2009GG10004023)资助项目

I
山东轻工业学院硕士学位论文
ABSTRACT
Recently, die is one of the important equipments needed in modern industry. But the
working condition of die is extremely harsh, for instance the unit extrusion pressure of cold
extrusion is up to 2000MPa. So some phenomena often happen such as soldering, oxidation
and even welding in the extrusion process, leading to the intensifying of wear and reduction
of service life because of the friction between die and workpiece. Therefore, the major way of
improving die service life is to select the materials with better wear resistance and higher
hardness. From the performance requirement of cermet die materials, a new Ti(C,N)-based
posite cermet die material with prehensive mechanical properties was
prepared by hot pressing technique under vacuum atm