硬质合金疲劳裂纹的萌生与扩展行为

硬质合金的服役环境通常十分恶劣,需要承受循环应力、温度(如高温或循环温度)和腐蚀环境的共同影响,机械疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳等多种疲劳断裂机制是导致硬质合金材料失效的重要原因。从疲劳裂纹的萌生和扩展两方面系统地阐述硬质合金疲劳性能的影响因素。疲劳裂纹易沿着粗大的WC颗粒、孔洞、夹杂物和粘结相池等缺陷处萌生,而疲劳裂纹的扩展行为受到各种因素的影响,如应力比、频率、温度和环境等外部因素以及显微结构和化学成分等内部因素。

WC-11Co硬质合金与不同岩石的摩擦磨损特性

在MMU-10型多功能摩擦磨损试验机上采用销盘湿式摩擦方式,研究WC-11Co硬质合金与两种花岗岩摩擦副的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察硬质合金的磨损表面形貌。结果表明:在同一摩擦条件下,硬质合金/高硬度花岗岩摩擦副的摩擦因数较低;当载荷为700 N时,硬质合金/高硬度花岗岩摩擦副的硬质合金磨损质量损失较高,与硬质合金/低硬度花岗岩摩擦副的硬质合金磨损质量损失差约为4%;而在其他低载荷摩擦条件下,两摩擦副的硬质合金磨损质量损失差均在12%左右,这表明在较低载荷作用下,配副材料对硬质合金磨损的影响相对增大;硬质合金/高硬度花岗岩的磨损机理主要为Co粘结相塑性变形、WC晶粒脱落,硬质合金/低硬度花岗岩的磨损机理主要为硬质合金表面的刮擦。

熔渗对粉末冶金航空刹车材料性能的影响

研究了在粉末冶金航空刹车材料的后处理中 ,溶渗对刹车材料物理力学以及摩擦磨损性能的影响。研究表明 :663青铜粉末对铁铜混合基粉末冶金航空刹车材料具有较好的润湿性能 ;在一定的保温时间下 ,随着熔渗温度的升高 ,材料的硬度、密度均有所增大 ,孔隙度逐渐降低 ;在一定的保温温度下 ,随着保温时间的延长 ,材料的硬度、密度均先增大后下降 ,孔隙度则相反。采用熔渗工艺可降低此类材料的磨损量 ,而摩擦系数则基本保持不变。通过研究 ,获得了合适的熔渗工艺。

浸透对粉末冶金飞机刹车材料性能的影响

研究了在粉末冶金飞机刹车材料的后处理中 ,浸透对刹车材料物理机械性能以及摩擦磨损性能的影响。研究表明 ,663青铜粉末对铁铜混合基粉末冶金航空刹车材料具有较好的润滑性能 ;在一定保温时间下 ,随着浸透温度的升高 ,材料的硬度、密度均有所增加 ,开孔隙度逐渐降低。在一定的保温温度下 ,随着保温时间的增加 ,材料的硬度、密度均先增加后下降 ,开孔隙度的变化规律则相反。采用浸透工艺可以降低铁铜基粉末冶金飞机刹车材料的磨损量 ,而摩擦系数基本保持不变。

工艺条件对WC-12%Co超细硬质合金性能的影响

采用不同粒度的WC粉,加入VC、Cr3C2做抑制剂,制备WC-12%Co超细硬质合金。采用D60-25型钴磁仪测量合金磁饱和,利用排水法测定合金密度,采用三点弯曲法在CMT4504拉伸机上检测合金的抗弯强度,试样抛光后在JEOL-6701F扫描电镜下观察合金的显微组织。研究了不同的WC粉末粒度、球磨时间、烧结工艺对WC-12%Co的超细硬质合金性能的影响。结果表明:过压烧结可明显提高合金抗弯强度、硬度和密度;随着球磨时间的增加,合金硬度不断上升,抗弯强度先增后减;采用0.55μm粒度WC粉制备的合金的硬度明显高于0.70μm粒度WC粉制备的合金。在本次实验中,选用0.55μm的WC粉末原料,混合料球磨85 h,通过过压烧结,可制备出性能优良的WC-12%Co超细硬质合金,硬度HV≥1 800,抗弯强度≥3 400 N/mm2。

TiC添加对粗晶WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响

选用WC、TiC为硬质相,Co为粘结相,通过湿磨、制粒、模压成形、压力烧结制备(90-x)%WC-x%TiC-10%Co(x=0, 3, 5)硬质合金。分析了TiC含量对粗晶WC-10%Co基硬质合金材料的微观组织结构、磁学性能和力学性能的影响。研究结果表明:三组硬质合金的微观组织结构取决于TiC的含量,添加TiC能起到细化晶粒的作用,在烧结过程中WC和TiC反应生成(Ti,W)C固溶体。随着TiC含量的增加,合金的钴磁、矫顽磁力和硬度均升高而断裂韧性下降。TiC含量为5%的WC-TiC-10%Co硬质合金的洛氏硬度(HRA)和断裂韧性分别为89.8和10.5 MPa·m^(1/2)。

干球磨处理返回料生产硬质合金的工艺研究

本文以硬质合金返回料(废压坯破碎后的产物)为原料,采用干球磨工艺对返回料进行处理,研究了干球磨参数对粉末料(干球磨处理返回料的最终产物)的压制压力和粉末料合金的微观组织结构、物理力学性能的影响,并探索采用干球磨工艺处理返回料时,合金钴磁调控的工艺。研究结果表明:干球磨能降低粉末料的压制压力,随着干球磨时间的增加,粉末料的压制压力逐渐降低,干球磨10 h,压制压力约为25.0 kN,相对于干球磨1 h的压制压力,下降21.1%,相对于喷雾料的压制压力,下降28.6%;干球磨处理的主要目的是对返回料中的团粒进行充分破碎,宜采用高球料质量比和较短的干球磨时间,采用球料质量比12∶1,干球磨时间2 h,粉末料合金的微观组织结构和物理力学性能可与原生喷雾料合金的微观组织结构和物理力学性能相近;干球磨处理返回料时,可以采用补C操作,实现对合金Com的调控,合金的钴磁与补C量符合“合金碳量变化0.01%,钴磁相应变化0.1%”的规律。

硬质合金冲击疲劳行为的研究

本文综述了国内外有关硬质合金冲击疲劳行为的研究进展,旨在认识和揭示硬质合金在反复冲击载荷作用下的失效和断裂机理。重点总结了实验室中常用的硬质合金冲击疲劳性能评价方法,包括应力法和能量法;从WC平均晶粒尺寸、粘结相种类及含量、C含量、合金元素(Cr、V、Ta等)、腐蚀介质等方面分析了微观结构和服役环境对硬质合金冲击疲劳性能的影响;从裂纹的萌生、扩展及断裂方面阐述了硬质合金的冲击疲劳断裂机理。服役条件下的硬质合金往往不是受到单一的冲击作用,而是多种因素(载荷、温度、腐蚀介质等)的联合作用,今后有必要开展这方面的研究;另外硬质合金在冲击过程中的组织演变机理还不清楚,研究者可借助更为先进的手段(例如透射电镜原位观察等)对硬质合金的微区进行研究;此外研究者可以在总结试验数据和规律的基础上构建理论及数学模型并借助计算机软件对硬质合金的冲击过程进行动态模拟。

碳含量对粗晶硬质合金性能的影响

通过对粗晶合金性能的检测和金相组织的观察,研究了碳含量对粗晶硬质合金性能的影响。结果表明,碳含量对粗晶硬质合金性能有明显的影响;本实验条件下的合金,通过控制较高的碳含量,可得到兼有高硬度和高韧性的粗晶合金。

超细WC粉末微观缺陷的研究

超细WC粉末是制备超细硬质合金的主要原材料,本文采用XRD﹑SEM﹑TEM等分析手段,研究了三种不同粒度的超细WC粉末中微观缺陷的种类及其在晶粒中的分布,探讨了超细WC粉末微观缺陷的形成原因。分析结果表明:超细WC粉末主要为多晶颗粒,其位错密度较大,高于常态下一般的金属或合金。其微观缺陷的存在形式主要有位错﹑层错﹑孪晶等。在钨转化为碳化钨的相变过程中,钨原子密度由6.309 446个/nm3降低为3.211 922个/nm3,体积膨胀31%,为了释放其中的应力,必须存在有数量较多的缺陷。

WC-Co硬质合金冲击疲劳行为的研究

利用实验室自制的调温、调频、调载冲击实验机对3种组织成分的WC-Co硬质合金进行了不同实验条件下的冲击疲劳试验,研究了组织成分及实验条件对硬质合金冲击疲劳寿命的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)及透射电镜(TEM)重点分析了疲劳过程中硬质合金微观组织的变化。结果表明:硬质合金的冲击疲劳寿命随试验温度和冲击能量的升高而下降,且随着冲击能量和试验温度的提高其疲劳敏感性增大。WC-Co合金的冲击疲劳断裂主要是以WC/WC界面和粘结相开裂为主,裂纹沿WC/WC和WC/Co界面及在Co相中扩展。随冲击次数的增加WC中位错数量增多并相互缠结,同时Co相发生面心立方-堆垛层错-密排六方的马氏体转变。

微量铁对YG8硬质合金硬度、磁性能及孔隙度的影响

以钨粉筛上物制备的碳化钨为研究对象,采用湿磨、压制、真空烧结制备了YG8硬质合金,研究了WC中铁含量分别为0.33%和1.08%时,其加入量对YG8硬质合金矫顽磁力、钴磁、硬度及微观组织的影响规律。研究结果表明:含微量Fe的WC粉末结晶不完整、团聚严重;随着铁含量的增加,硬质合金的密度逐渐下降,而钴磁逐渐增加;随着铁含量的增加,硬质合金的矫顽磁力和硬度先下降再增加;当铁含量增加到一定值时硬质合金的孔隙度开始明显增加。当硬质合金中铁含量控制在0.3%以下时,可烧结出致密化程度高的YG8硬质合金,其孔隙度达到A02B00。