激光功率和扫描策略对TiC增强高碳钢硬质合金层开裂行为影响规律

TiC增强高碳钢硬质合金是一种在工业领域得到广泛应用的耐磨材料,但在激光熔覆制备过程中容易产生裂纹.文中采用仿真分析和熔覆试验确定了激光功率和扫描策略对硬质合金裂纹行为的影响规律.借助ANSYS软件采用有限元法确定激光熔覆后熔覆层中的温度梯度和残余应力分布,采用扫描电子显微镜(SEM)对显微组织进行分析,结果表明,激光功率和扫描策略不同会导致在熔覆层内产生不同的热梯度分布、残余应力分布以及物相组织演变,这是造成熔覆层具有不同开裂倾向性的主要原因.高激光功率结合往复扫描策略带来了高热输入和低温度梯度,可有效减少开裂倾向.随着激光功率的增加,TiC陶瓷相会熔化溶解,合金明显呈现回火组织特征,逐渐形成贝氏体组织和回火马氏体组织,进一步有利于降低裂纹产生的倾向.

Ti和Fe中间层对TA15/硬质合金复合板界面结构与剪切强度的影响

钛合金和硬质合金在扩散复合过程中由于易产生脆硬化合物、热膨胀系数差异诱导高热应力等,导致界面结合性能较差。为了改善TA15/硬质合金复合材料界面结合性能,研究了中间层、复合温度以及硬质合金中Co含量对复合材料界面结构和剪切强度的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征方法对复合材料界面附近的元素扩散、界面化合物的类型等进行分析。通过压缩剪切实验对TA15/硬质合金复合材料的界面剪切强度进行测试。结果表明:加入中间层材料(Ti、Fe)可以在一定程度上增加界面附近元素扩散,还能够通过自身的塑性变形来释放复合界面的热应力,从而提升界面的结合性能。复合温度会影响界面附近的元素扩散速率和复合界面的组织结构,从而影响复合材料界面结合性能。

等离子体渗硼对硬质合金表面金刚石涂层的影响

采用热丝化学气相沉积法在等离子体渗硼预处理后的硬质合金表面沉积金刚石涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及洛氏硬度计探究预处理过程对金刚石涂层生长质量和结合性能的影响。结果表明:随等离子体渗硼温度升高,基体表面生成的CoWB含量增加,且WC脱碳还原为W。等离子体轰击使基体表面缺陷密度增大,能提高金刚石的形核速率,CoWB钝化层和W过渡层可抑制Co原子扩散,提高金刚石的生长质量。相较于酸碱两步法处理,经过等离子体渗硼处理的硬质合金表面金刚石涂层中石墨相含量明显减少,残余应力随等离子体渗硼温度升高而降低。石墨相含量的减少和残余应力的降低提高了金刚石涂层与硬质合金基体之间的结合性能,1000℃预处理的硬质合金表面金刚石涂层的结合力等级可达HF1水平。

WC-10%CoCrFeNiMo高熵硬质合金组织及力学性能研究

为解决传统WC-Co矿用硬质合金面对复杂地质情况的局限性,以高能球磨CoCrFeNiMo非等摩尔比高熵合金粉末作为粘结相制备了WC-10%CoCrFeNiMo矿用高熵硬质合金。利用扫描电镜、金相显微镜、维氏硬度计等,对WC-10%CoCrFeNiMo与WC-10%Co硬质合金的显微组织及物理-力学性能进行研究比较。结果表明,与WC-10%Co矿用硬质合金相比,WC-10%CoCrFeNiMo高熵硬质合金在具备相同的FCC结构下展现出良好的综合力学性能,在1450℃烧结的合金维氏硬度达到(1375±20)HV30,冲击韧性达到(56±5)kJ/m^(2)。

沉积温度对不同Co含量WC-Co/SiC/Diamond界面结合性能的影响

本文构建了Co质量分数分别为6%、8%、10%和12%的WC-Co/SiC/Diamond金刚石涂层硬质合金界面模型,利用分子动力学方法模拟了不同沉积温度对其界面结合强度的影响,从黏附功及键长分布两个方面进行具体分析。黏附功分析结果表明,与其他三种Co含量界面模型相比,WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型在七个沉积温度下所包含的两种界面的黏附功值均为最高值,并且在不同沉积温度下,WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型所包含的WC-6%Co/SiC界面、SiC/Diamond界面的黏附功分别在1123、1173 K时最大,为2.468、5.394 J/m^(2)。键长分布概率分析结果表明,与其他三种Co含量界面模型相比,在任一沉积温度下,WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型各界面处键长分布范围的最大值较小,且在1123 K时在WC-6%Co基体上沉积SiC中间层,在1173 K时在SiC中间层上沉积Diamond涂层后,该界面模型界面处的键长最短,键能最大,界面结合性能最好。

焊接温度对TM52/304瞬间液相扩散焊接头性能的影响

采用BNi2作为中间层,在焊接压力为1 MPa、保温时间15 min的情况下,对钢结硬质合金TM52和304不锈钢进行瞬时液相扩散焊连接(TLP),研究了不同焊接温度下接头的显微组织和不同区域元素扩散迁移及力学性能。结果表明,钢结硬质合金TM52与304不锈钢之间能实现较好地冶金结合;焊接接头界面主要由[Fe,Ni]、Fe_(0.64)Ni_(0.36)、Cr_(0.19)Fe_(0.7)Ni_(0.11)和Ti(O_(0.19)C_(0.53)N_(0.32))组成;当焊接温度为1110℃时,接头剪切强度、抗拉强度最大,拉伸断口呈明显的韧性断裂特征。

WC-6%Ni硬质合金中碳平衡状态对其耐腐蚀性能影响

镍黏结相硬质合金因具有较好的耐腐蚀性、相对较低的价格,取得了一定的工业应用,但关于其耐蚀性与合金相结构,特别是碳析出状态之间的关系研究还缺乏系统性。本文利用不同烧结工艺获得了不同碳平衡状态的样品,运用金相、XRD、电化学工作站等对合金的组织结构及耐蚀性进行了系统表征研究。结果表明,镍黏结相硬质合金中都存在游离碳,但处于脱碳或碳平衡状态时,游离碳颗粒尺寸很小,分散分布;处于渗碳状态时,出现大颗粒聚集的游离碳;配碳量、烧结温度等均影响合金的碳析出状态。在不同碳平衡状态镍黏结相合金中,腐蚀电流密度最小为3.14×10^(-7)A/cm^(2),最大为1.04×10^(-6)A/cm^(2);腐蚀电位最大的为-0.114 V,最小的为-0.199 V。碳含量越高,镍黏结相硬质合金耐腐蚀性能越好;脱碳相会降低镍黏结相硬质合金耐腐蚀性能,游离碳相会增强镍黏结相硬质合金耐腐蚀性能;碳析出相的数量多、分布密集也会降低镍黏结相硬质合金耐腐蚀性能。

非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层结构及性能

为提升硬质合金的硬度和耐磨性,改善其与金刚石涂层的结合强度,先用双辉等离子表面合金化技术在其表面制备Ta金属层,再用化学气相沉积法对Ta金属层进行碳化-沉积复合处理,制备出非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层。研究了源极与工件极电位差对金属层的影响以及复合涂层的结构与性能。结果表明:制备的金属层均由连续致密的胞状α-Ta组成;随电位差的增大,Ta金属层的显微硬度和结合强度均先升高后降低;电位差为240 V时,Ta金属层的显微硬度和结合力最高,分别达1151HV0.2和117 N;碳化-沉积后,涂层由表面离散分布的非连续金刚石颗粒和TaxC(TaC、Ta2C)组成,其显微硬度提高至基体的1.8倍,磨损率仅为基体的45%。非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层具有良好的结合性能,能有效提升硬质合金的硬度和耐磨性能。

真空熔结钢结硬质合金/Q235钢界面组织性能研究

采用真空熔结工艺制备了TiC钢结硬质合金/Q235钢复合板,研究了复合板界面显微组织和力学性能。结果表明:钢结硬质合金与Q235钢基体之间形成了一定宽度的互溶区,互溶区宽度主要取决于熔结温度和熔结时间。Mn、Ni、Mo元素由钢结硬质合金经互溶区向基体中扩散,Fe元素由基体通过互溶区向钢结硬质合金扩散。互溶区是材料显微组织、化学成分及显微硬度变化的过渡区。复合板界面剪切强度为176~245 MPa,表明钢结硬质合金与Q235钢基体之间形成冶金结合。

贫碳WC-12%(Co+Ni)硬质合金微观组织与性能

硬质合金的组织和性能对C含量具有很高的敏感性,但对WC硬质合金两相区下限碳含量的综合性能研究甚少。本文分析了两相区下限附近碳含量(5.06%~5.21%)对烧结制备WC-12%(Co+Ni)硬质合金微观组织和性能的影响。研究发现:在两相区内较高C量会抑制Ostwald机制(较小颗粒溶解而较大颗粒继续长大的机制)中WC的溶解过程;在两相区以下较低C量,脱碳相的存在会抑制Ostwald机制中WC的沉积过程。随着碳含量的增加,WC平均晶粒度呈先增大后减小的趋势,在C含量为5.11%时达到最大值。碳含量的增加会影响W的溶解度,W在缺碳区形成η相和在两相区沉淀形成WC都会造成黏结相W溶解度的降低。能谱(EDS)显示碳含量为5.21%时合金黏结相溶解的W约19.41%,较5.11%碳含量的合金下降了19.45%。碳含量和微观组织对硬质合金的性能具有敏感性:密度随碳含量的增加略有下降,而钴磁上升却很明显;合金的洛氏硬度HRC和抗弯强度随着碳含量成抛物线变化趋势,在5.16%达到极大值,分别为83和2070 MPa。

以Cr/CrSiN膜为过渡层在高钴硬质合金表面沉积金刚石薄膜

为了解决在高钴硬质合金表面难以生长高结合力金刚石薄膜的问题,采用Cr/CrSiN膜为过渡层,用热丝化学气相沉积法在硬质合金上沉积纳米金刚石薄膜(NCD)、亚微晶金刚石薄膜(SMCD)和微晶金刚石薄膜(MCD),并对其结合力进行研究。结果表明:采用Cr/CrSiN过渡层可在高钴硬质合金表面沉积出结合力优异的金刚石薄膜,NCD的结合力最优,SMCD的结合力次之,MCD的结合力最差;当金刚石薄膜晶粒变大时,因金刚石薄膜韧性变差且过渡层碳化严重,金刚石薄膜的结合力变弱。

电冶稀土WC钢结硬质合金中碳化物特征的研究

采用电渣熔铸冶金工艺,用回收的碳化钨钢结硬质合金作原料,再加入微量的稀土,制备了新型的钢结硬质合金。用透射电镜、扫描电镜、金相显微镜及X射线衍射等测试手段研究了新材料中的碳化物的特征。结果表明在该材料的显微组织中存在原始颗粒区和扩散区。原始颗粒区组织中碳化物的特征是存在大量变化甚微的角状大尺寸原始WCp及具有明显反应层的长椭圆状WC颗粒,界面反应产物为Fe3W3C。在粗大碳化钨颗粒附近能够原位生成先共晶析出相(WC和W2C),在较远处的钢基体中分布着细网状碳化物,同时有(Cr,Fe)7C3等条状复式碳化物生成;而扩散区主要细小W2C小颗粒、WC颗粒及再结晶W-Fe-C小颗粒组成。稀土的加入可提高WC颗粒分散性。

微波烧结温度对WC钢结硬质合金组织性能的影响

以WC颗粒为增强相,铁粉为基体,通过球磨、压制成型,微波烧结制备WC钢结硬质合金。结果表明:随着烧结温度的升高,硬质合金相对密度、显微硬度和抗弯强度均先升高后下降,在1280℃时达到最高值,即相对密度、显微硬度和抗弯强度分别达到94.85%、544 HV和847.37 MPa。1280℃烧结为液相烧结,烧结过程中WC和Fe发生相变,产生新的增强相Fe2W2C,新相以颗粒的形式存在,弥散分布在钢的基体中,对材料的性能起到强化作用。微波烧结比真空烧结温度更低,时间更短,力学性能更好。

金刚石厚膜与硬质合金的连接

采用扩散焊与钎焊相结合的方法，用Ｔｉ箔和Ａｇ－Ｃｕ箔共同做中间层材料，在一定的温度、压力和保温时间下，实现了气相沉积金刚石厚膜与硬质合金间的牢固连接。经扫描电镜和电子探针分析发现，在金刚石与中间层界面近区有Ｃ、Ｔｉ元素的相互扩散，并且观察断口发现：断裂大部分发生在中间层上，只有局部区域金刚石的表面暴露出来。这可以说明金刚石与钎料之间已形成了牢固的冶金连接。

钛铁矿碳热反应原位合成GT35钢结硬质合金的热力学分析

充分利用天然矿物钛铁矿(FeTiO3)中的铁和钛,采用原位合成反应烧结技术,成功制备了TiC基钢结硬质合金GT35。在真空炉中实现了合成与烧结一体化,为钢结硬质合金的低成本制备进行了有益的探索研究。对钛铁矿-碳体系的热力学过程进行了详细的理论分析,研究表明:体系主要发生碳热还原反应,中间产物为多种钛的氧化物,热力学上最为稳定的物相为TiC和Fe固溶体。通过实验证实,获得了界面结合良好、组织致密的钢结硬质合金。

热等静压法制取复合硬质合金轧辊

选用铁基复合材料作复合辊内层，采用热等静压扩散连接法将其复合到硬质合金外层，制得了近实物尺寸的复合硬质合金轧辊。考察了铁基复合材料内层的热等静压烧结组织和性能及复合辊内、外层界面结合情况。并对复合辊线切割时产生的裂纹作了分析。从而为热等静压法复合硬质合金轧辊的深入研究提供了实验基础。

WC—Co硬质合金焊条电弧焊研究

用强石墨化药皮配合纯Ni焊芯制成焊条，其熔敷金属与WC—Co硬 质合金有良好的湿润性和液态互熔性；TEM、SEM、EDAX分析表明：熔合区为Ni基W、Co固溶 体和球状石墨；焊接冶金过程新生的少量脆性相Co3W3C、WC1-X，大部分被球状 石墨吞并，少量分布于基体亚晶界；熔合线上原始的WC和原始的Co相重新与Ni基金属形成焊 合界面。最终证明：在本研究条件下，WC—Co硬质合金有良好的电弧熔焊的焊接性。

烧熔的钢结硬质合金组织的研究

通过对熔化碳化钨基钢结硬质合金组织和再经退火处理后组织的分析 ,以及添加不同碳量对组织的影响实验 ,证明钢结硬质合金烧熔后组织中已无WC存在 ,适当增加碳含量或WC含量和退火处理则可使WC还原 。

热处理对钢结硬质合金TLMW50覆层微观组织的影响

利用液相烧结工艺成功制得以碳钢为基材,以TLMW50钢结硬质合金为耐磨覆层的复合材料。利用SEM、XRD等手段研究了1050℃淬火,150℃、200℃和250℃回火以及1100℃淬火,150℃、200℃和250℃回火6种不同热处理工艺对覆层材料的组织及微观形貌的影响。结果表明,上述6种热处理工艺均可以使钢结硬质合金TLMW50覆层中粘结相组织由珠光体转变为回火马氏体,硬质相结构会发生改变。其中1050℃淬火,150℃回火工艺较其它5种工艺优越,覆层粘结相中有Hgg碳化物形成,复式碳化物会演变为WC和FeWO4形式。

陶瓷金刚石砂轮在YG10X顶锤磨削加工中的应用

采用自行设计的陶瓷结合剂金刚石砂轮加工硬质合金顶锤,用低浓度金刚石砂轮加工其平面,用高浓度金刚石砂轮加工其外圆,并与树脂金刚石砂轮的磨削加工进行对比。实验结果表明:同等条件下陶瓷金刚石砂轮的锋利度要高于树脂金刚石砂轮的锋利度,其加工速度更快,且磨削产生的热要远低于树脂砂轮的;平面磨削中,陶瓷金刚石砂轮通过调整工艺参数或调细金刚石粒度能够获得更好的表面粗糙度;外圆磨削中,陶瓷砂轮较树脂砂轮加工效率提升约50%,当陶瓷金刚石砂轮浓度达到200%时,砂轮性价比最高。