碳化鈦硬質合金(TiC-based cemented carbide)

以Tic為主要成分、鎳鉬為粘結相制成的硬質合金。又稱為金屬陶瓷硬質合金。它具有高硬度、高耐磨性等特點，主要用于各種鋼材的切削加工，也可用作耐磨、耐蝕零件。TiC基硬質合金出現于1929年，50年代將它作為高溫金屬陶瓷而進行了大量研究，這項研究基本上是失敗的。由于鎳對Tic的潤濕性較差，易使TiC—Ni合金產生碳化物聚集長大，使性能降低。1960年左右，美國福特公司制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，并在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。由于金屬鎳對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基硬質合金發展過程中的重要突破。為了擴大TiC基硬質合金的應用范圍，致力于研制粗加工用高韌性牌號，日本東芝公司1971年在TiC—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，并已系列化，它們生產的TiC基和TiCN基硬質合金牌號和性能見表1。其應用范圍已由精加工、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，從切削工具應用擴大到其他工具的應用，從而使這種材料的生產和應用得到了迅速發展。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％，接近于鎢鈷硬質合金可轉位刀片的產量。

中國生產的TiC硬質合金的成分和性能見表2。

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，壓坯通常于真空中在1300～1500℃下進行液相燒結；也可以采用熔滲法和高溫自蔓延合成法制取。采用熔滲法制取TiC-Mo₂C—Ni合金時，預先制取TiC多孔燒結體(骨架)，然后用Ni—Mo熔體熔滲骨架，從而形成致密燒結體；采用高溫自蔓延合成法制取TiC-Mo₂C—Ni合金時，將鈦粉、炭黑、鉬粉和鎳粉進行配料球磨、干燥和壓團，然后在石墨模內進行高溫自蔓延合成反應，并在燃燒波通過之后旋加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，其制取工藝基本上相同，包括混合料的制備、成形、燒結或熱壓，混合料制備時，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。

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于δ(Tic)+γ(Ni)兩相區的形成，碳含量過高或過低都會生成第3相θ相(游離碳)或ε相(TiNi₃)，使材料性能明顯降低。這一情況也適應于添加鉬(或Mo₂C)的TiC—Ni硬質合金，隨著Mo₂C含量的提高，兩相區向低碳側移動，并且，兩相區的寬度也增大。TiC—Mo—Ni硬質合金的性能，即使在兩相區范圍內也受到鎳含量、Mo₂C含量、碳化物量和γ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—Mo—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范圍后，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。

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