TiC对硬质合金球齿性能的影响

碳化钛TiC具有较高的熔沸点、硬度以及良好的化学稳定性，因此在硬质合金行业中有着较为广泛的运用。为了分析TiC的加入对硬质合金球齿的影响，我们首先从密度、硬度、抗弯强度以及断裂韧性等力学性能上进行实验分析。有实验表明，随着TiC添加量的增加，硬质合金球齿的相对密度不断上升。这是由于未添加TiC的硬质合金球齿中由于原料以及工艺流程中所存在的一些问题使得其内部存在一定的孔隙缺陷，材料的相对密度较低；而TiC的加入一方面细化了硬质合金球齿材料的显微组织，另一方面细晶粒TiC颗粒均匀分布在WC颗粒间隙之间进行了有效的填充，使得合金的晶粒结构分布更为均匀且合理，从而硬质合金球齿的致密化程度上升。在硬度方面，TiC具有比WC更高的硬度，所以随着细晶粒具有弥散强化作用的TiC的加入，材料的硬度也随之上升。然而当TiC增加至一定数量后，硬质合金球齿的硬度不再因为TiC加入量的增加而升高，此时材料内部已基本致密。

在抗弯强度方面，随着TiC添加量的增加，硬质合金球齿的抗弯强度呈先下降后上升再下降。这是由于添加TiC后材料的烧结温度低于碳化温度，WC在TiC中溶解缓慢，合金组织出现不平衡状态，固溶体中的WC量降低，粘结相Co对复式碳化物的润湿性变坏。而随着TiC添加量的增加，其细化晶粒、固溶强化的作用开始显现，有利于硬质合金球齿抗弯强度的提高。而此后TiC继续加入，烧结体中出现了非正常组织的环相结构，其是由此核心部位含WC量较低的固溶体和外层中含WC量较高的固溶体所组成的，该环相结构的出现会使得抗弯强度显著下降。断裂韧性的变化与抗弯强度变化相似。

从断口形貌上看，添加TiC后的硬质合金球齿断口断面较为平整，组织更为均匀。而通过观察硬质相WC和粘结相Co断面可以发现WC晶粒趋向多样化，这也表明了合金的断裂是沿着WC晶粒与粘结相的相边界和粘结相断裂，很少穿过WC晶粒断裂，这就与细晶粒的TiC相的弥散化及固溶强化有关。另外合金断面存在较多孔隙，未添加TiC的合金表面尤为明显。这是由于一方面固相烧结时，由于刚性的WC骨架阻碍了坯块冷却时的收缩和Co凝固时所产生的收缩使其无法完全填满碳化物的界面，从而导致收缩管孔隙的形成；另一方面，成型剂的分布不均匀以及烧结时所产生的气体也是原因之一。此外，TiC的加入还会对材料的裂纹扩展路径产生一定的影响。其对WC晶界的移动会产生一定的牵制或钉扎效应，又因为二者弹性模量以及热膨胀系数的不同，烧结冷却过程中TiC颗粒和基体间产生残余应力，从而导致裂纹在前进的过程中发生了偏移，延长了裂纹扩展的路径。

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