石墨模具的功能是作为活性化学参与者，而不仅仅是被动的容器。在 Ni–35Mo–15Cr 合金的真空热压过程中，模具充当碳源，在高温高压下与钼反应，析出$Mo_2C$ 碳化物相。这种化学相互作用驱动弥散强化，显著改变微观结构，以提高合金的机械性能和完整性。
核心要点 石墨模具的影响超出了物理成型；它们促进了一种特定的固态反应，其中扩散的碳与钼结合。这导致形成$Mo_2C$ 碳化物，从而产生比在惰性容器中烧结的合金更致密、机械性能更优越的弥散强化微观结构。
微观结构变化的化学机理
石墨模具对 Ni–35Mo–15Cr 最关键的影响是通过化学反应引入强化相。
碳扩散
在真空热压的高温高压条件下，石墨模具释放碳原子。
这些原子不会停留在表面；它们会扩散到合金粉末压坯中。真空环境通过防止氧化促进了这种转移，使得模具壁与金属粉末之间能够直接相互作用。
$Mo_2C$ 相的析出
扩散的碳会专门针对 Ni–35Mo–15Cr 基体中的钼 (Mo) 成分。
这种反应引发了$Mo_2C$ 碳化物相的析出。这些碳化物不是缺陷；它们作为强化剂存在于合金的晶格结构中。
弥散强化
这些碳化物的形成导致了弥散强化。
通过将硬质碳化物颗粒分散在基体中，阻碍了晶体结构内位错的运动。这直接转化为改善的机械性能，有效地硬化了合金并增强了其结构完整性。
对致密化的物理影响
虽然化学反应定义了相组成，但石墨模具的物理特性确保了微观结构达到必要的密度和均匀性。
均匀的热分布
石墨具有优异的热导率。
这确保了在烧结过程中施加的热量（通常高达 1200°C）能够均匀地分布在 Ni–35Mo–15Cr 粉末中。均匀加热对于一致的原子扩散至关重要，可以防止局部热点导致微观结构不均匀或变形。
有效的压力传递
为了实现高密度，合金必须经历塑性变形以消除内部孔隙。
石墨模具在高温下保持高机械稳定性，使其能够承受并传递显著的轴向压力（通常为 25–30 MPa）。这种压力促进了快速致密化，确保最终的微观结构无孔且尺寸精确。
理解权衡
虽然石墨模具与合金之间的相互作用有利于强化，但它引入了必须管理的变量。
表面化学变化
由于模具充当碳源，模具与合金界面处的碳浓度自然较高。
这可能导致微观结构梯度，即部件表面比核心具有更高密度的 $Mo_2C$ 碳化物。虽然这提供了坚硬的表面，但它与本体成分不同。
尺寸限制
石墨模具在传递垂直压力的同时限制侧向膨胀。
虽然这确保了精确的几何尺寸，但在压缩过程中粉末与石墨壁之间的摩擦有时会导致密度梯度，如果样品的纵横比过高。
为您的目标做出正确的选择
在真空热压中使用石墨模具是一种平衡化学和力学的战略选择。
- 如果您的主要关注点是机械强度：利用由 $Mo_2C$ 碳化物析出产生的弥散强化效应，最大限度地提高硬度和承载能力。
- 如果您的主要关注点是成分均匀性：请注意，由于碳扩散，表面微观结构可能与核心不同，如果严格要求均匀的碳分布，则需要进行后处理。
- 如果您的主要关注点是致密化：依靠石墨模具承受高轴向压力（30 MPa+）的能力来消除孔隙并实现接近理论的密度。
石墨模具是一种不可或缺的加工工具，它同时成型合金并通过碳化物增强来主动设计其微观结构。
摘要表：
| 因素 | 对微观结构的影响 | 机理 | 结果 |
|---|---|---|---|
| 碳源 | 碳化物析出 | 碳扩散与钼 (Mo) 反应 | $Mo_2C$ 相的形成 |
| 热导率 | 晶粒均匀性 | 高热导率确保均匀加热 | 一致的原子扩散 |
| 机械稳定性 | 高致密化 | 轴向压力（30 MPa+）的有效传递 | 消除内部孔隙 |
| 化学梯度 | 表面硬化 | 模具界面处较高的碳浓度 | 增强的表面耐用性 |
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