有机粘结剂状态对硬质合金增材制造的影响

有机粘结剂被广泛应用于选区激光烧结等硬质合金3D打印技术中。本文通过机械混合与溶胶凝胶法制备了两种含有不同有机粘结剂的硬质合金生坯,研究有机粘结剂的含量、分布和粒径等参数对硬质合金块体烧结致密化的影响。通过宏观与微观体视学表征技术对样品的组成和结构进行了分析。结果表明,有机粘结剂对烧结效果的影响是多种因素共同作用的结果。烧结产物的致密度随有机粘结剂含量升高而降低,随有机粘结剂粒径降低、分布均匀度提高而上升。本研究显示,对烧结质量的优化不能单纯依靠降低有机相含量,而应综合考虑影响有机相微观状态的各种因素。

含添加剂形成相硬质合金的制备及界面结合强度评估

以原位还原碳化技术制备的复合粉末和粗颗粒WC为原料,结合低压烧结技术,制备出五种含有不同添加剂形成相的硬质合金。通过XRD、SEM和EDS技术对制备合金的相组成、微观组织和元素分布进行了表征和分析,获得添加剂形成相的分布特征。基于界面结合强度与界面电子功函数梯度的对应关系,利用原子力显微镜对硬质合金的电子功函数进行测定,计算获得WC/Co、WC/添加剂形成相和Co/添加剂形成相界面处的电子功函数梯度,实现硬质合金中添加剂与WC和Co相形成界面结合强度的评估。

不同加载方式下硬质合金应力状态的有限元模拟研究

硬质合金中存在分布不均匀的残余热应力,在承载过程中残余热应力与外加载荷产生复杂的交互作用,影响材料的力学性能。现有的实验和模拟方法均为统计性分析方法,难以在微观组织尺度分析应力分布的细节和特征。本工作利用有限元模拟的方法研究了硬质合金的残余热应力分布特征,分析了不同载荷方式下硬质合金内的应力状态,研究了残余热应力和外加载荷之间的相互作用。基于应力分析,提出了提高硬质合金承载能力的组织结构设计方法和理论依据。该方法也可应用于其他多种多相复合材料的应力分析和微观组织优化。

含添加剂Cr_(3)C_(2)/VC超粗晶WC-Co硬质合金的疲劳行为及失效机理

利用三点弯曲疲劳实验,研究了Cr_(3)C_(2)和VC添加对超粗晶硬质合金疲劳性能的影响规律和机理。超粗晶硬质合金的疲劳寿命随着循环载荷的增加呈指数型下降,随应力比的增加明显增加;少量Cr_(3)C_(2)的添加可有效提高超粗晶硬质合金的抗弯强度和抗疲劳性能,其原因是少量Cr_(3)C_(2)的添加可实现Cr原子对Co相的固溶强化、抑制fccCo向hcp-Co的相转变、使WC晶粒边角圆化缓解应力集中;而VC的添加则降低了合金的抗弯强度和疲劳断裂时的最大循环次数,是VC的添加易于在界面处形成脆性的层状组织(W,V)C_(x)降低界面结合强度、使WC晶粒边界呈锯齿状易于产生应力集中所致。

VC和碳含量对超细晶硬质合金室温和高温性能的影响

以原位还原碳化技术制备的WC-8Co复合粉和VC粉末为原料,采用低压烧结技术制备出超细晶硬质合金。系统研究了VC添加量和复合粉中碳含量对硬质合金的相组成、显微组织、室温和高温力学性能的影响。结果表明:硬质合金的晶粒尺寸、硬度和断裂韧性主要受VC添加量的影响,且随VC添加量的增加呈单调变化;抗弯强度随VC添加量的变化趋势与碳含量有关;压缩强度随温度的变化呈现先降低后升高的趋势;当WC-Co复合粉的碳含量为5.60%-5.68%(质量分数)、VC添加量不超过0.5%时,可分别制备出室温抗弯强度为4482MPa和600℃下抗压缩强度为4914MPa的高综合性能的超细晶硬质合金。基于微观组织特征的分析,结合弹-塑性有限元模型对应力分布的模拟,对超细晶硬质合金力学性能的变化规律及影响机理进行了分析。