生產歷史
1960年左右,美國福特公司製成了鎳鉬合金粘結的TiC基金屬陶瓷硬質合金。在鎳中添加鉬,燒結時形成Mo2C,並在TiC晶粒上形成不平衡的TiC-Mo2C固溶體,得到一種環形結構晶粒。這種晶粒外殼鉬含量高、鈦含量低,中間部位缺鉬或低鉬高鈦。由於金屬鎳對TiC-Mo2C相的潤濕性較好,避免了鎳和TiC直接接觸,使合金性能大幅度提高。這一發現是Tic基硬質合金髮展過程中的重要突破。為了擴大TiC基硬質合金的套用範圍,致力於研製粗加工用高韌性牌號,日本東芝公司1971年在TiC%26mdash;Mo(Mo2C)-Ni中添加TiN有明顯效果,使該合金性能大幅度提高。某些國家已研究出許多優良牌號,並已系列化,它們生產的TiC基和TiCN基硬質合金牌號和性能見表1。其套用範圍已由精加工、半精加工擴大到粗加工,由切削擴大到銑削等苛刻條件下的加工,從切削工具套用擴大到其他工具的套用,從而使這種材料的生產和套用得到了迅速發展。1989年日本金屬陶瓷硬質合金可轉位刀片的產量(按片數計)已占所有可轉位刀片總產量的28.3%,接近於鎢鈷硬質合金可轉位刀片的產量。
生產工藝
Tic硬質合金生產的工藝方法是將TiC、Ni和Mo(或Mo2C)一起進行濕磨,壓坯通常於真空中在1300~1500℃下進行液相燒結;也可以採用熔滲法和高溫自蔓延合成法製取。採用熔滲法製取TiC-Mo2C%26mdash;Ni合金時,預先製取TiC多孔燒結體(骨架),然後用Ni%26mdash;Mo熔體熔滲骨架,從而形成緻密燒結體;採用高溫自蔓延合成法製取TiC-Mo2C%26mdash;Ni合金時,將鈦粉、炭黑、鉬粉和鎳粉進行配料球磨、乾燥和壓團,然後在石墨模內進行高溫自蔓延合成反應,並在燃燒波通過之後旋加0.05MN的載荷下保持6~10s。TiCN硬質合金實質上是Tic硬質合金的變種,其製取工藝基本上相同,包括混合料的製備、成形、燒結或熱壓,混合料製備時,Tic和TiN既可以TiC和TiN混合物的形式加入,亦可以Ti(C,N)固溶體的形式加入。
特點
TiC硬質合金和WC-Co硬質合金一樣,合金的組織結構和性能在很大程度上取決於%26delta;(Tic)+%26gamma;(Ni)兩相區的形成,碳含量過高或過低都會生成第3相%26theta;相(游離碳)或%26epsilon;相(TiNi3),使材料性能明顯降低。這一情況也適應於添加鉬(或Mo2C)的TiC%26mdash;Ni硬質合金,隨著Mo2C含量的提高,兩相區向低碳側移動,並且,兩相區的寬度也增大。TiC%26mdash;Mo%26mdash;Ni硬質合金的性能,即使在兩相區範圍內也受到鎳含量、Mo2C含量、碳化物量和%26gamma;相成分(合金碳含量)、碳化物粒度、結構缺陷及其尺寸的影響。TiC硬質合金的密度是一項極為敏感的性能,密度稍許降低,能使合金性能明顯下降。在TiC%26mdash;Mo%26mdash;Ni合金中,當鉬含量一定時,隨鎳含量增加合金抗彎強度升高、硬度下降;當鎳含量一定時,合金抗彎強度和硬度隨鉬含量增加而提高,當鉬含量增加到一定範圍後,合金的強度和硬度則隨鉬含量增加而降低。當合金的碳含量為理論含量的94%~96%時,合金具有最高的強度和硬度值。