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壓鑄模具用復合金屬陶瓷模具材料研究

作者:admin 發布日期:2018-11-9 關注次數: 二維碼分享

金屬模具是現代制造業中不可缺少的重要裝備之一。由于模具工作的條件非常惡劣,如壓鑄模具,其在使用過程中不僅要承受高的壓強,同時,流動的金屬與模具表面的劇烈摩擦會導致模具溫度升高,經常發生粘模、焊合和氧化等現象,這些不利因素將會嚴重影響壓鑄模具的使用壽命。因而, 提高模具使用壽命, 必須選用高耐磨性與高硬度以及強韌性的模具材料。目前,我國模具行業主要發展趨勢是大型化,高精度化,因而,對模具材料的采用提出了更高的要求。隨著模具制造的發展,合金鋼模具和硬質合金模具在耐高溫強度和耐磨性等方面已經落后于實際生產需要,而金屬陶瓷材料在耐高溫、耐磨性、抗氧化以及耐腐蝕等方面具有模具鋼與硬質合金模具所沒有的優點,因而日益受到模具行業的廣泛關注和研究。Ti(C,N)基金屬陶瓷模具材料與傳統WC 基硬質合金模具材料相比具有獨特的優點,如高強度、高硬度、良好的耐腐蝕性和耐磨損性能,因而在模具材料方面,Ti(C,N)基金屬陶瓷模具材料有替代WC基硬質合金模具材料的趨勢。

1 、試驗材料與方法

試驗以微米級TiC、TiN 為基體材料,以納米級Y-ZrO2為改性劑,以微米Mo、Ni、石墨以及VC 作為添加劑,采用熱壓燒成工藝制備了Ti(C,N)基金屬陶瓷模具材料。設計了A 系列配方組成,如表1 所示。按配方稱量各種原料,采用干法球磨,混合均勻,然后將粉料置于100℃烘箱中烘干。將干燥后粉料進行熱壓燒成, 燒成溫度區間為14201520℃,每隔20℃設一溫度點,壓力為30MPa,最終保溫時間為180 min。燒成后樣品切割制成3mm×4mm×30mm 的標準樣品,采用RGM-4100 電子萬能試驗機,利用三點彎曲法測定樣品的彎曲強度, 跨距為20mm,加載速率為0.5mm/min。用HV-120 維氏硬度計測量燒成樣品硬度,載荷為196N,保壓15s。用中科院長春試驗儀器研究所生產的CSS-44100 電子萬能試驗機壓痕法測量樣品的斷裂韌性。用JSM-5610LV 型掃描電鏡對典型樣品斷面進行顯微結構研究。

2 、試驗結果及分析—— 相對密度

是添加不同量納米Y-ZrO2后對Ti(C,N)基納米復合金屬陶瓷模具材料相對密度的影響??梢?,材料的相對密度隨Y-ZrO2含量的增加呈現先增加后下降的趨勢, 當納米Y-ZrO2添加量為5%時,Ti(C,N) 基納米復合金屬陶瓷模具材料的相對密度最大,可達97%。此時材料比較致密,這對Ti(C,N)基納米復合金屬陶瓷模具材料力學性能的提高是極其有利的。從圖中還可發現,當Y-ZrO2超過10%時,燒成樣品的相對密度會大幅下降, 這不利于樣品相對密度的提高。

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