碳化钛硬质合金(TiC-based cemented carbide)

以Tic为主要成分、镍钼为粘结相制成的硬质合金。又称为金属陶瓷硬质合金。它具有高硬度、高耐磨性等特点，主要用于各种钢材的切削加工，也可用作耐磨、耐蚀零件。TiC基硬质合金出现于1929年，50年代将它作为高温金属陶瓷而进行了大量研究，这项研究基本上是失败的。由于镍对Tic的润湿性较差，易使TiC—Ni合金产生碳化物聚集长大，使性能降低。1960年左右，美国福特公司制成了镍钼合金粘结的TiC基金属陶瓷硬质合金。在镍中添加钼，烧结时形成Mo₂C，并在TiC晶粒上形成不平衡的TiC-Mo₂C固溶体，得到一种环形结构晶粒。这种晶粒外壳钼含量高、钛含量低，中间部位缺钼或低钼高钛。由于金属镍对TiC-Mo₂C相的润湿性较好，避免了镍和TiC直接接触，使合金性能大幅度提高。这一发现是Tic基硬质合金发展过程中的重要突破。为了扩大TiC基硬质合金的应用范围，致力于研制粗加工用高韧性牌号，日本东芝公司1971年在TiC—Mo(Mo₂C)-Ni中添加TiN有明显效果，使该合金性能大幅度提高。某些国家已研究出许多优良牌号，并已系列化，它们生产的TiC基和TiCN基硬质合金牌号和性能见表1。其应用范围已由精加工、半精加工扩大到粗加工，由切削扩大到铣削等苛刻条件下的加工，从切削工具应用扩大到其他工具的应用，从而使这种材料的生产和应用得到了迅速发展。1989年日本金属陶瓷硬质合金可转位刀片的产量(按片数计)已占所有可转位刀片总产量的28.3％，接近于钨钴硬质合金可转位刀片的产量。

中国生产的TiC硬质合金的成分和性能见表2。

Tic硬质合金生产的工艺方法是将TiC、Ni和Mo(或Mo₂C)一起进行湿磨，压坯通常于真空中在1300～1500℃下进行液相烧结；也可以采用熔渗法和高温自蔓延合成法制取。采用熔渗法制取TiC-Mo₂C—Ni合金时，预先制取TiC多孔烧结体(骨架)，然后用Ni—Mo熔体熔渗骨架，从而形成致密烧结体；采用高温自蔓延合成法制取TiC-Mo₂C—Ni合金时，将钛粉、炭黑、钼粉和镍粉进行配料球磨、干燥和压团，然后在石墨模内进行高温自蔓延合成反应，并在燃烧波通过之后旋加0.05MN的载荷下保持6～10s。TiCN硬质合金实质上是Tic硬质合金的变种，其制取工艺基本上相同，包括混合料的制备、成形、烧结或热压，混合料制备时，Tic和TiN既可以TiC和TiN混合物的形式加入，亦可以Ti(C，N)固溶体的形式加入。

TiC硬质合金和WC-Co硬质合金一样，合金的组织结构和性能在很大程度上取决于δ(Tic)+γ(Ni)两相区的形成，碳含量过高或过低都会生成第3相θ相(游离碳)或ε相(TiNi₃)，使材料性能明显降低。这一情况也适应于添加钼(或Mo₂C)的TiC—Ni硬质合金，随着Mo₂C含量的提高，两相区向低碳侧移动，并且，两相区的宽度也增大。TiC—Mo—Ni硬质合金的性能，即使在两相区范围内也受到镍含量、Mo₂C含量、碳化物量和γ相成分(合金碳含量)、碳化物粒度、结构缺陷及其尺寸的影响。TiC硬质合金的密度是一项极为敏感的性能，密度稍许降低，能使合金性能明显下降。在TiC—Mo—Ni合金中，当钼含量一定时，随镍含量增加合金抗弯强度升高、硬度下降；当镍含量一定时，合金抗弯强度和硬度随钼含量增加而提高，当钼含量增加到一定范围后，合金的强度和硬度则随钼含量增加而降低。当合金的碳含量为理论含量的94％～96％时，合金具有最高的强度和硬度值。

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