可转位刀片断屑槽断屑性能及其槽构技术研究

可转位刀片断屑槽具有促进切屑卷曲、折断和保护刀具的作用.在切削过程中,断屑槽通过对切削力、切削温度和切屑形态的影响,进而间接影响刀片的使用寿命.通过对具有多种断屑槽槽型的同一种刀片进行切削实验,应用高速摄影机分析切削区域切屑产生、流出、卷曲和折断过程.通过磨损测量仪观测断屑槽,并结合切屑形态分析,明确断屑槽合理几何参数;通过三维受力分析仪采集切削过程中的振动和切削力,揭示断屑槽对切削力的影响规律;综合切削参数、断屑槽几何结构和切削力三方面的因素,最终确立断屑槽槽型与进给量对切屑折断的作用机制.研究数据以期为断屑槽设计与应用提供数据支撑.

合金元素对氧化钨氢还原过程和钨相关材料的组织与性能影响研究综述

在氧化钨氢还原过程中,很难避免一些杂质元素(例如还原舟皿或炉管中的Fe,Cr,Co和Ni等特征合金元素)进入粉末中;另外,为了改善钨相关材料(例如W粉末、WC粉末、W基合金及WC基合金等)的性能,也会在仲钨酸铵(ammonium paratungstate,APT)或氧化钨粉末中预掺杂合金元素,很明显这些合金元素会影响氧化钨的氢还原过程,进一步也会影响钨相关材料的性能。详细综述了合金元素(包括其初始状态、含量、存在状态、分布等)对氧化钨氢还原过程和还原钨粉末性能的影响。通过分析氢还原过程中合金元素与氧化钨的化学反应过程(包括形成WO_(x)·n Me_(2)O或Me_(2)O、难挥发性钨酸盐、挥发性合金氧化物及钨固溶体等,以及合金元素对氧化钨的还原),对钨颗粒(晶粒)的生长机制进行了分类。通过分析合金元素的作用机理(包括:强化机理、相转变机理、晶粒生长机理及界面结构形成机理等),详细总结了合金元素对最终粉末冶金钨相关材料组织与性能的影响。期望能对钨相关材料及产品的实际生产起到理论指导作用。

中国超细晶硬质合金及原料制备技术进展

超细晶硬质合金是WC晶粒度≤0.5μm的硬质合金,这类合金具有高强度和高硬度的优异性能。目前由超细晶硬质合金制备的高效刀具已经广泛用于航空航天、核能、汽车、发电设备、新能源和电子通讯等现代制造业。主要对中国超细晶硬质合金原料(例如超细碳化钨粉、钴粉、复合粉)和超细晶硬质合金制备技术、性能及表征方法作了系统的阐述。最后对超细晶硬质合金制备技术进行了展望。

碳化钨粉末中晶粒抑制剂固溶量XRD对标评价方法

在细颗粒氧化钨或钨粉中添加晶粒抑制剂制取含抑制剂的碳化钨粉末是制备超细硬质合金的一种方法。通常认为WC粉末中抑制剂或固溶于WC或独立存在,但由于添加量过少,难以通过检测手段判定其存在形式及固溶量。本文尝试采用对标评价的方式建立量化指标以判断粉末中晶粒抑制剂的固溶程度,评价了添加不同质量Cr及Cr、V混合晶粒抑制剂制备的细颗粒及超细颗粒WC粉末。测试结果表明,难以判定抑制剂固溶量是因为忽略了生产中出现的缺碳相及相应的固溶产物相。评价方法以W_(2)C、(W,Cr,V)_(2)C及WC为对标对象,判断固溶量;以衍射峰峰位及半高宽为对标指标,弱化其他干扰晶格常数变化因素的影响,如谱峰较少导致的晶型不确定、工艺参数或抑制剂添加导致的结晶程度变化。相同碳化工艺、抑制剂添加量1%的范围内,粉末的(W,Cr,V)_(2)C及WC的峰位均随Cr抑制剂添加量的增加而增大,(W,Cr,V)_(2)C峰面积也有逐渐增大的变化趋势。用试样粉末制备硬质合金并测量WC晶粒度,部分结果显示其趋势与量化指标相同。

纳米材料在硬质合金中的应用

WC晶粒不断细化是硬质合金发展的一个重要特征。从硬质合金的纳米原料、纳米硬质合金、纳米材料助长或增强超粗晶硬质合金以及硬质合金的纳米涂层材料等4个方面论述了纳米材料在硬质合金中的应用，着重报道了中国在这些方面的优势。纳米粒径原料的制备是首要难题，1997年发明的“紫钨原位还原”技术利用传统工艺制备纳米、超细碳化钨粉末，碳化钨粉的粒径可小于20 nm。纳米硬质合金技术利用低压热等静压或热等静压，克服了烧结过程中 WC异常长大的难题，制备100～200 nm纳米硬质合金，抗弯强度在5000 MPa以上，使用性能优于亚微或超细晶硬质合金，已用于生产。利用“纳米颗粒溶解法”制备的超粗晶硬质合金晶粒度可达12μm；而含有纳米Co2 W4 C增强相的超粗晶硬质合金产品，使用寿命比普通合金产品提高了2～3倍。涂层材料纳米化，是硬质合金工具的一个发展方向，在耐磨性、硬度和抗裂纹扩展方面有明显优势，加工工件表面质量更好，工具使用寿命更长。

无粘结相硬质合金研究进展与应用

无粘结相硬质合金指以WC为主硬质相,粘结相Co或Ni含量低于质量分数为0.5%的WC基陶瓷材料。基于改善强韧性和抗氧化性,总结讨论了该类合金的成分和组织结构设计;也总结了其烧结方法和致密化机理、晶粒细化方法和机理及生产过程的控制难点;并指出该类合金及其应用的未来发展方向。

熔融制样-X射线荧光光谱法测定Ti(C,N)基金属陶瓷中钛钨钴铌镍钼

目前针对Ti(C,N)基金属陶瓷进行X射线荧光光谱(XRF)测试的相关报道甚少。实验通过酸溶解前处理、低温烘干后熔融制样,人工配制氧化物标样建立X射线荧光光谱分析校准曲线,并尝试内标法,实现快速测定金属陶瓷中Ti、W、Co、Nb、Ni、Mo元素。比较了预氧化与酸溶解两种样品前处理方式,发现经酸溶、烘干再熔片即可避免高温熔融时W、Mo的损失。选择7.72g混合熔剂[m(Li_2B_4O_7)∶m(LiBO_2)=67∶33],0.7g助氧化剂NH_4NO_3,8滴150g/L脱模剂LiBr溶液,熔融温度1 100℃,熔融时间190s的熔样条件可制得均一熔片。采用两组称样量0.12~0.25g、0.08~0.23g,通过大幅变更样量来放大基体效应,观测参数变动的影响,以最少实验量确定最优组合。采用Ta内标法,无需对结果进行归一化处理,可显著提高方法的精密度;元素Co、Ni适用Ta-Lα线校正;W、Nb适用Ta-Lβ1线校正。分别用内标法与非内标法制备样品以进行精密度考察,结果表明,对于内标法,测定结果的相对标准偏差RSD<1.0%;对于非内标法,RSD<2.5%。用不同配方的Ti(C,N)基金属陶瓷试样进行正确度验证,测定值与参考值一致。

钨粉碳化过程中反应物装舟量对碳化速率和能耗的影响

在WC粉末生产的传统工艺中,存在W粉和炭黑混合粉体的装舟量越少,W粉碳化程度越高、产品中W2C相越少的认识误区。本文通过科学实验和工业应用实践,采用热力学分析研究WC粉末生产工艺中原料装舟量对W粉碳化速率和能耗的影响规律。结果表明,碳化速率随W粉与炭黑混合粉末装舟量的变化而变化,生产能耗随装舟量的增大而减小。在此基础上建立了适用于常规粒度(从超细到超粗)WC粉末生产的碳化速率、能耗和装舟量之间的定量关系,并使WC粉末的碳化效果和生产效率得到了提高。

下一代切削工具材料:超硬材料（英文）

以人工合成金刚石及其相关材料与工具的制备研究为主线,基于其应用领域的不断拓展,将超硬材料的发展大致分为六个阶段或以产品种类划分为五大类产品(探索阶段、高温高压合成金刚石和c BN、单晶超硬刀具、PCD和Pc BN复合片、CVD合成金刚石技术、新型超硬材料),并对各发展阶段及相应产品进行了详细的概述。基于对超硬材料自身的性能、高性能被加工材料的发展、及提高切削加工效率和降低成本等3个方面的分析,详细讨论了超硬材料作为下一代切削刀具材料的优点和潜能。同时对超硬切削刀具的制造和应用过程中存在的一些潜在不足进行了探讨,并针对这些不足提出了可能的解决方案。

应用于仲钨酸铵结晶过程中钨钼分离的高效方法

通过对大量仲钨酸铵(Ammonium Paratungstate,APT)结晶生产数据的总结,发现结晶料液(钨酸铵溶液)中氯离子浓度与APT晶体的钼含量之间存在明显的负相关关系,即氯离子具有在APT结晶过程中抑制Mo析出的作用。进一步研究还发现,对于特定组成的结晶料液,存在一对应的氯离子浓度阈值,在此阈值氯离子对料液中Mo析出的抑制作用达到最强。在此基础上,提出一种通过控制结晶料液氯离子浓度来实现APT结晶过程钨钼分离的高效、新型方法。通过这种方法,不但能够将APT的一次结晶率从原来的80%提高到96%,而且制得的APT产品具有晶体结构好,粒度均匀,纯度高(Mo含量不大于2×10-5)的优点。同时,对氯离子抑制钼析出的机理进行了探讨。

工业氧化钨相状态的Rietveld分析

氧化钨是工业上制取钨粉的重要原料。除了常规粉末物理性能检测,现行物相检测方法通常为K值法或外标法,但主要是从表观颜色“黄蓝紫”及氧指数等化学组成上进行区分,对于生产工艺指导仍存在不足。本文尝试采用Rietveld法对工业氧化钨从物相结构上进行表征,通过结构模型假设及拟合条件限定以弱化氧化钨相分析难点的影响。系列工艺实验样的结果表明,方法的前提假设可行,适用于不同生产阶段的工业氧化钨的相分析。特定工艺下,黄钨向蓝钨的转变过程中,WO3三斜相减少较快,单斜相也减少,但速度相对较慢,斜方相则增加;蓝钨向紫钨的转变过程中,WO3单斜相和三斜相先消失,斜方相逐渐减少,先生成WO2.90单斜相,再生成WO2.90四方相,再进一步生成WO2.72单斜相。当被测相的质量分数大于5%,RSD均小于5%。

超硬材料发展综述

以人工合成金刚石的研究发展为主线,详细概述了金刚石和立方氮化硼及新型超硬材料的六个发展阶段,并详细探讨了超硬材料的概念,以期能为超硬材料的未来发展起指导作用。

硬质合金顶锤应力分析研究及叶腊石侧向支撑原理

本研究搭建了保压阶段六面顶顶锤的的模拟仿真平台,明晰了叶腊石侧向支撑作用,构建了关键工艺参数-结构参数-危险路径的关联理论。研究表明:第二模型可以更好的模拟出顶锤在保压阶段的应力情况,在路径1上其侧向支撑作用达33.68%,在路径2上其侧向支撑作用达42.03%;顶锤危险点位于小斜面与大斜面交界处的顶点位置。在保证合成腔体压力不变的情况下,更换大顶宽的顶锤,其危险点受力会增加其变化率呈现上升趋势,在合理范围内更换大小顶锤有利于降低其危险点受力提高使用寿命。

侧倾法及Rietveld辅助掠射法表征PVD涂层残余应力

X射线衍射法测定涂层应力在实际应用中仍存在如测试方式及参数选择、结果准确度判定等问题,而复合多层涂层则更复杂。采用侧倾法及Rietveld辅助掠射法表征硬质合金基PVD涂层残余应力,结合三者特点在适用范围内建立标准测试流程,并进行准确性验证试验。结果表明,该方法有较高的可靠性,有利于工业生产中涂层应力的快速判定。通过对比侧倾法测得的σAVE和Rietveld掠射法测得的σACDR,可较好地表征涂层各相所受应力及应力变化趋势,解决了采用单一测量方式难以判定准确性的问题。而合理运用Rietveld法可以解决多层涂层应力测试中无法避免的第二相干扰。

实际初始WC颗粒尺寸选择的LSW理论分析

超粗硬质合金是一类重要的矿用硬质合金。本文作者通过对WC平均晶粒尺寸为7～8μm粗晶硬质合金的烧结实验,并用LSW动力学理论分析液相量相对较少的超粗硬质合金(>5μm)的晶粒生长机制。分析发现,可以用Co对WC晶粒的覆盖度替代LSW动力学中的原子动力学转移系数。经过修正的LSW动力学方程可以用来指导超粗WC(>5μm)实际初始颗粒平均粒度的选择。修正后的LSW动力方程形式为axt2-axo2=0.125(C0γV m2/R)·(t/T)。

超粗晶硬质合金的显微结构和力学性能

以超粗碳化钨粉和球形钴粉为原料,通过真空液相烧结工艺制备钴含量分别为7%和10%(质量分数)的超粗晶硬质合金。利用光学显微镜和SEM观察并研究超粗晶硬质合金的显微结构;测定并计算材料力学性能与显微组织参量间的关系。结果表明:超粗晶硬质合金中WC晶粒呈圆角形或等轴形,分布均匀;临界裂纹长度与WC平均晶粒度相近,导致横向抗弯强度降低;圆角形WC晶粒和较大粘结相平均自由程的存在使裂纹产生偏转、分叉和不连续现象,提高了材料的断裂韧性。

无粘结相硬质合金的发展及展望

无粘结相硬质合金与传统的WC-Co硬质合金相比有着更高的硬度、弹性模量,同时耐腐蚀性和耐磨性也有着大幅的提高。由于没有金属粘结相的存在,无粘结相硬质合金的致密烧结十分困难。但是随着热等静压烧结(HIP)、放电等离子烧结(SPS)等先进烧结技术的发明及亚微、纳米粉末制造技术的进步,纯WC、WC-Ti C-Ta C、WC-Si C、WC-Mo C-Si C等多种无粘结相硬质合金不断涌现。这些材料被逐步运用在精密光学模具、喷砂嘴、核工业密封件等要求高精度、高硬度、高弹性模量、高耐腐蚀性的领域。主要对各种无粘结相硬质合金的性能及应用进行简单介绍,并对未来的发展方向做简单的展望。

烧结工艺对低Co超细晶硬质合金性能的影响

低Co超细晶硬质合金具有比常规的超细晶硬质合金更高的硬度、耐磨性、红硬性,在精密机械、加工刀具、特种耐磨材料及零件、拉拔模具等领域有其独特的优势和广泛的应用。本文以超细WC粉和球形Co粉为原料,采用真空烧结或低压烧结制备低Co超细晶硬质合金。采用低压烧结技术可成功制备出硬度为2110 HV30,矫顽力为55.7 kA/m,抗弯强度为2 250 MPa的低Co超细晶硬质合金。采用SEM、金相显微镜、维氏硬度计、矫顽磁力仪、材料实验机等研究烧结工艺对合金显微组织和物理机械性能的影响。结果表明:提高烧结温度或采用低压烧结,可以使低Co超细晶硬质合金中的孔隙度减少,强度提高。低压烧结制备的合金晶粒度大于真空烧结制备的合金晶粒度,但是采用真空烧结制备的合金中易出现WC晶粒异常长大现象。

Co含量与烧结温度对纳米晶WC-Co硬质合金结构与性能的影响

WC晶粒并合生长与WC原料特性以及合金中的Co含量密切相关。以比表面平均径为70n／n的WC粉末为原料，采用VC＋Cr3C2作为晶粒生长抑制剂，探讨c0含量与烧结温度对WC-Co合金结构与性能的影响。结果表明，Co含量增加能降低纳米晶WC晶粒的邻接度，进而有效抑制烧结过程中WC晶粒的并合长大。在1330℃下加压（0．9MPa）烧结制备WC一15Co．0．7Cr3C2—0．6VC合金，WC平均晶粒尺寸为160nln，合金硬度为93．6HRA，抗弯强度为4160MPa（C型样品），Palmqvist断裂韧性蜀c为10．1MPa·m0.5。热分析结果表明，合金液相出现温度在1322～l345℃之间，没有出现液相温度的纳米尺寸效应。

三点弯曲法测试硬质合金弹性模量

通过确定荷载范围和修正仪器变形引起的系统误差,用三点弯曲法在电子万能试验机上测定了硬质合金的弹性模量。结果表明:硬质合金弹性模量(y)与Co含量(x)存在稳定的线性关系,其关系式为y=0.13x2-14.24x+708.41,即弹性模量随着Co含量的增加而减小。三点弯曲法测试的硬质合金弹性模量结果稳定、精确,与振动法测试的结果相吻合。这种测试方法简单易行,适合于硬质合金的力学性能表征。