哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
Ti(C,N)基金属陶瓷具有较高的红硬性和耐磨性、良好的化学稳定性和热稳定性
以及成本低等一系列优势，受到了广泛关注。其中N元素在金属陶瓷刀具材料中扮
演着重要的角色，可以改善材料的力学性能，延长刀具的使用寿命，但会使其烧结
过程变得更加复杂。目前关于N元素对Ti(C,N)基金属陶瓷材料的影响尚缺乏系统
研究，本文采用真空和氮气两种气氛制备不同的Ti(C,N)基金属陶瓷，并对其组织与
力学性能进行了研究，探究化学成分及氮气气氛对组织结构和力学性能的影响规律。
Ti(C,N)基金属陶瓷粉体的热分析结果表明，金属陶瓷在烧结过程中存在复杂的
脱气行为，包括低温阶段成型剂和杂质的去除、中温阶段吸附氧的脱除和脱氮行为
以及高温阶段低熔点金属的挥发。随后采用真空烧结工艺，分别在800~1500℃烧结
1h，以及分别在1200和1300℃烧结不同时间制备金属陶瓷烧结体，分析组织结构
演变规律与烧结体含N量的变化，研究发现金属陶瓷的脱氮主要发生于固相烧结阶
段，在1300℃时含氮量达到最低，液相金属出现后金属陶瓷的含N量降低趋势得到
部分抑制，试样的含N量由1300℃的5.53wt.%增加到1400℃的5.69wt.%。
采用优化后的真空烧结工艺，制备出不同C/N比和含C量的Ti(C,N)基金属陶
瓷。随材料体系中N的比例增加，组织结构由尺寸较大的黑芯-灰环结构逐渐转变
为尺寸较小的黑芯-无环和白芯-灰环结构。脱氮现象随N的比例增加逐渐加剧，同
时形成了不均匀的表层组织。随材料体系含C量增加，黑色Ti(C,N)相体积分数逐
渐增加，灰色(Ti,Me)(C,N)固溶体相体积分数逐渐减少，颗粒尺寸逐渐减小，表层区
域的黑色Ti(C,N)相体积分数逐渐减少，当C含量为1wt.%时组织结构最均匀。当
C/N比为5/5、C含量为1wt.%时金属陶瓷具有最佳的力学性能，HV30、KIC和TRS
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值分别为1607kgf/mm、10.10MPa·m和1561MPa。
以真空烧结工艺为基础，分别选取1150~1350℃和1350~1450℃温度区间通入
不同分压氮气烧结制备Ti(C,N)基金属陶瓷。1150~1350℃氮气烧结时，金属陶瓷内
部的黑色相平均颗粒尺寸增大，表层的脱氮加剧，形成了不均匀的表层组织。
1350~1450℃氮气烧结时，金属陶瓷内部组织较真空烧结时没有明显区别，表层脱氮
得到抑制，表层组织相对均匀，但氮气烧结制备的金属陶瓷力学性能比真空烧结出
现不同程度的降低。最后在1450℃氮气烧结制备的Ti(C,N)基金属陶瓷，表层形成
了不均匀的梯度组织，且随氮分压增加而增厚，强度出现严重恶化。
关键词：真空烧结；氮气烧结；Ti(C,N)基金属陶瓷；组织结构；力学性能
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哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Ti(C,N)basedcermetshavegainedwidespreadattentionduetotheirhighred
hardnessandwearresistance,goodchemicalandthermalstability,andlowcost.
Nelementplaysanimportantroleincermetscuttingtoolmaterials,whichcan
improvethemechanicalpropertiesofthematerialandextendtheservicelifetime
ofthetool,butitwillmakethesinteringprocessmorecomplex.Atpresent,there
isalackofsystematicresearchont