TiC對硬質合金球齒性能的影響

碳化鈦TiC具有較高的熔沸點、硬度以及良好的化學穩定性，因此在硬質合金行業中有著較為廣泛的運用。為了分析TiC的加入對硬質合金球齒的影響，我們首先從密度、硬度、抗彎強度以及斷裂韌性等力學性能上進行實驗分析。有實驗表明，隨著TiC添加量的增加，硬質合金球齒的相對密度不斷上升。這是由於未添加TiC的硬質合金球齒中由於原料以及工藝流程中所存在的一些問題使得其內部存在一定的孔隙缺陷，材料的相對密度較低；而TiC的加入一方面細化了硬質合金球齒材料的顯微組織，另一方面細晶粒TiC顆粒均勻分佈在WC顆粒間隙之間進行了有效的填充，使得合金的晶粒結構分佈更為均勻且合理，從而硬質合金球齒的緻密化程度上升。在硬度方面，TiC具有比WC更高的硬度，所以隨著細晶粒具有彌散強化作用的TiC的加入，材料的硬度也隨之上升。然而當TiC增加至一定數量後，硬質合金球齒的硬度不再因為TiC加入量的增加而升高，此時材料內部已基本緻密。

在抗彎強度方面，隨著TiC添加量的增加，硬質合金球齒的抗彎強度呈先下降後上升再下降。這是由於添加TiC後材料的燒結溫度低於碳化溫度，WC在TiC中溶解緩慢，合金組織出現不平衡狀態，固溶體中的WC量降低，粘結相Co對複式碳化物的潤濕性變壞。而隨著TiC添加量的增加，其細化晶粒、固溶強化的作用開始顯現，有利於硬質合金球齒抗彎強度的提高。而此後TiC繼續加入，燒結體中出現了非正常組織的環相結構，其是由此核心部位含WC量較低的固溶體和外層中含WC量較高的固溶體所組成的，該環相結構的出現會使得抗彎強度顯著下降。斷裂韌性的變化與抗彎強度變化相似。

從斷口形貌上看，添加TiC後的硬質合金球齒斷口斷面較為平整，組織更為均勻。而通過觀察硬質相WC和粘結相Co斷面可以發現WC晶粒趨向多樣化，這也表明了合金的斷裂是沿著WC晶粒與粘結相的相邊界和粘結相斷裂，很少穿過WC晶粒斷裂，這就與細晶粒的TiC相的彌散化及固溶強化有關。另外合金斷面存在較多孔隙，未添加TiC的合金表面尤為明顯。這是由於一方面固相燒結時，由於剛性的WC骨架阻礙了坯塊冷卻時的收縮和Co凝固時所產生的收縮使其無法完全填滿碳化物的介面，從而導致收縮管孔隙的形成；另一方面，成型劑的分佈不均勻以及燒結時所產生的氣體也是原因之一。此外，TiC的加入還會對材料的裂紋擴展路徑產生一定的影響。其對WC晶界的移動會產生一定的牽制或釘紮效應，又因為二者彈性模量以及熱膨脹係數的不同，燒結冷卻過程中TiC顆粒和基體間產生殘餘應力，從而導致裂紋在前進的過程中發生了偏移，延長了裂紋擴展的路徑。