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。     

Y_2O_3对硬质合金晶粒尺寸和摩擦磨损性能的影响

研究了稀土Y2O3对WC-10Co硬质合金晶粒尺寸、矫顽力的影响,对比了Y2O3含量0.10%(质量分数,下同)和0.30%硬质合金的摩擦磨损性能。结果表明:微量Y2O3能细化WC晶粒,有效改善合金的硬度,影响硬质合金的磁性能。低于0.15%时,WC-10Co合金晶粒尺寸随着Y2O3增加而明显细化,硬度显著增加;Y2O3含量达到0.2%以上,WC-10Co合金的晶粒尺寸基本稳定,硬度也变化不大。在相同条件下,细晶粒0.30%Y2O3的WC-10Co硬质合金比0.10%Y2O3的WC-10Co硬质合金的摩擦因数稍高,但磨损体积损失低于0.10%Y2O3合金。     

7075铝合金板材热冲压成形中的高温摩擦

采用自制的板带高温摩擦试验机模拟实际固溶–冲压–淬火一体化热成形工艺下7075铝合金的高温摩擦过程,分别对上下摩擦头进行冷却和加热以模拟实际热冲压过程对模具和压边圈的冷却和加热,分析了下模加热温度、法向载荷和滑动速度对7075铝合金摩擦行为及磨损机理的影响。结果表明:铝合金摩擦系数随着下模加热温度的升高而增大,磨损机制由300 ℃时的黏着磨损转变为500 ℃时的黏着磨损、氧化磨损和磨粒磨损;施加法向载荷越大,摩擦系数越大,不同载荷下磨损机制均为黏着磨损及轻微的磨粒磨损,且随着载荷增大,黏着磨损程度有所加深;高滑动速度导致了磨损表面局部氧化物的生成,使摩擦系数随着滑动速度增大而减小,滑动速度为30 mm·s?1时,磨损机制主要是氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损。      

WC-Co硬质合金的Co相结构

采用X射线衍射分析WC-Co硬质合金的Co相结构时,WC相对Co相的衍射峰有强烈的掩盖作用,因此本文采取先经电解腐蚀去除合金表面适量的WC后再用X射线衍射,分析常见牌号硬质合金的Co相组成。结果表明:电解腐蚀可以有效地去除硬质合金表面的WC晶粒,从而减少X射线衍射时WC相对Co相衍射峰的掩盖作用;与相关文献报道不同,常见牌号硬质合金的Co相结构基本上全部为面心立方结构;常规的金相样品制备过程会引起Co相晶型结构由fcc结构向hcp结构转变。     

WC粗晶硬质合金摩擦性能影响因素分析

综述了碳含量、WC晶粒度、微孔结构、烧结温度、热处理工艺等对WC粗晶硬质合金摩擦性能的影响。通过分析发现,随着碳含量逐渐升高,WC粗晶硬质合金的摩擦性能先升高后降低;当WC粗晶硬质合金存在微孔结构时,能够获得优异的摩擦性能;适当提高烧结温度,可以增加Co的自由程,有助于粗晶WC骨架的稳定性;Co含量越低,粗晶WC晶粒度越大,WC粗晶硬质合金的摩擦性能越好。分析还发现,热处理工艺也可以有效提高WC粗晶硬质合金的摩擦性能。     

η相粉末的制备及烧结工艺对板状WC晶粒的影响

以W粉、Co粉及炭黑为原料制备η相粉末,向WC–10Co混合粉末中加入质量分数为8%的η相粉末和一定化学计量比的工业炭黑,利用传统粉末冶金工艺制备含板状WC晶粒的硬质合金。研究了合成温度对η相的影响以及烧结温度、固相烧结升温速率对板状WC晶粒的作用。结果表明:在氮气保护气氛下,当行星球磨时间为12 h时,1050℃保温1 h即可得到Co_6W_6C相含量较高的η相粉末。在保温时间为1 h的前提下,烧结温度为1440℃,有利于合金中板状WC晶粒的生长,此时合金的力学性能最佳;在烧结温度与保温时间一定的前提下,当固相升温速率由6℃/min降低到2℃/min时,板状WC晶粒的尺寸和长厚比逐渐增加,合金的强度保持不变,维氏硬度提高了3%,断裂韧性提高了13%。     

基于Image J软件的硬质合金显微组织参数化定量分析

基于体视学原理和硬质合金显微组织特征,结合现代计算机技术,提出一种应用于WC+β(β为粘结相)2相组织的硬质合金显微组织体视学参量定量化表征的方法。利用Image J软件对硬质合金扫描电镜图像进行处理,实现对合金中WC硬质相和粘结相的体积分数、WC晶粒尺寸和分布、WC晶粒形状因子、WC邻接度以及β相平均自由程的参数化定量分析。以WC-8.5Co合金为例,展示合金显微组织参数的定量分析和表征过程。     

纳米WC/Co硬质合金粉末烧结早期的晶粒长大研究

研究了纳米晶粒WC／Co硬质合金烧结早期的晶粒长大问题，利用X射线衍射、TEM等技术对烧结过程中晶变化情况进行分析，并在此基础上探讨了烧结早期的晶粒长大机制。实验结果表明：WC晶粒长大在加热过程已经发生；晶粒开始长大温度为1000℃，在1100℃部分晶粒长大到100nm；在1200℃，有更显著的晶粒长大发生，有些尺寸达到400nm。烧结过程中WC晶粒形状变得规则化。烧结早期WC晶粒长大是在晶粒旋转合并机制与局部液相烧结机制共同作用下完成。     

梯度结构硬质合金的疲劳断裂

采用三点抗弯的方法研究WC-6Co梯度结构硬质合金和均质WC-6Co硬质合金的疲劳行为,探讨疲劳断口形貌与破坏机制的关系。结果表明:梯度结构硬质合金的疲劳裂纹在亚表面萌生;梯度结构硬质合金表层Co相发生明显塑性变形,WC相以沿晶断裂为主;中间层Co相变形也很明显,WC相解理断裂增加;内层Co相塑性变形很少,WC、η相以解理断裂为主;均质硬质合金Co相塑性变形明显,WC以沿晶、解理断裂为主,各部位断口形貌接近;梯度结构硬质合金的疲劳极限比均质硬质合金高约100 MPa;梯度结构硬质合金中疲劳裂纹沿垂直于试样下表面、平行于Co相梯度的方向形核,而均质硬质合金的疲劳裂纹沿平行于试样外表面方向形核。在应力集中效应、循环应力的作用下,Co相的马氏体相变是裂纹在亚表面萌生的主要原因;马氏体相变使Co相成为裂纹形核的快速通道,裂纹沿Co相梯度方向形核。     

基于TiAl-xCo-Mo-Ni复合粘结相的WC基超细晶硬质合金微观组织和力学性能研究

WC/Co类超细晶硬质合金是目前制备高性能金属切削刀具的理想材料,但Co是一种宝贵资源。为了寻找代替Co的粘结相并制备性能优良的WC基超细晶硬质合金,选用TiAl-xCo-Mo-Ni作为复合粘结相,并采用放电等离子烧结(SPS)制备了WC基超细晶硬质合金,分析了SPS温度和复合粘结相成分对其性能及微观组织的影响。研究结果表明:WC晶粒平均尺寸随放电等离子烧结温度的升高而增大,样品致密度及综合力学性能均在1 400℃时达到最优,当组分为WC-10%(TiAl-Co-Mo-Ni)时具有最高的致密度以及最佳的综合力学性能,其致密度、WC晶粒平均尺寸、维氏硬度和断裂韧性分别为98.3%、285 nm、21.04 GPa和16.95 MPa·m~(1/2)。     

稀土对锌熔法再生WC-8Co合金微观组织的影响

以锌熔回收料为原料,用常规硬质合金生产工艺制备出再生WC-8Co硬质合金试样;用X射线衍射金相显微镜、场发射扫描电子显微镜/EDS能谱分析等测试方法研究了不同稀土钇添加方式制备的再生WC-8Co硬质合金孔隙、孔隙度、杂质形态及成分的差异,并采用截距法测量了WC晶粒尺寸及晶粒度分布。研究结果表明:添加稀土钇可抑制WC晶粒的非均匀长大,在一定程度上减小再生硬质合金的WC晶粒尺寸;可以显著减少再生硬质合金中的A类和B类孔隙,降低合金的孔隙度;稀土钇与杂质元素结合能够改善杂质相形态,由不规则和棒状Ca-S-O相转变为球状或类球形的Ca-Y-S-O相,并显著细化杂质相尺寸;采用复合粉的稀土添加方式使稀土钇元素分布更为均匀,微观组织和含稀土杂质相的均匀细化效果更加显著。     

压力对放电等离子烧结硬质合金性能的影响

采用放电等离子技术(SPS)烧结WC-12Co硬质合金.主要研究了SPS烧结过程中压力对WC-12Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响,并探讨了压力对致密化和WC晶粒长大的影响机制.结果表明,提高SPS烧结压力提高了WC-12Co硬质合金的密度但导致了wC晶粒的长大.在较低的烧结温度下(1100℃)或较短的保温时间内(3 min),烧结压力对密度的影响较为显著.在较高的烧结温度(1150℃)时,烧结压力的提高导致合金中WC晶粒的明显长大.烧结压力对SPS烧结WC-12Co硬质合金力学性能的影响是通过对密度和WC晶粒尺寸的影响而起作用的.     

Co含量对超细YG类硬质合金结构及性能的影响

制备了不同Co含量的超细硬质合金YG6和YG8,通过对试样进行表面形貌观察和物理力学性能测试,研究了Co含量对超细YG类硬质合金力学性能及组织结构的影响。在超细硬质合金的表面采用CVD法制备了TiCN-Al_2O_3-TiN多层复合涂层,对涂层合金进行微观结构观察、硬度和切削性能测试,探讨不同Co含量合金制备的刀具的切削性能。实验结果表明:随着Co含量的增加,WC晶粒更致密,没有发生晶粒异常长大,硬质合金硬度略有下降,相对磁饱和强度和抗弯强度增加,断裂源较少。Co含量低的硬质合金刀具磨损更严重,切削性能下降,刀具失效快。     

MoSi2/SiC配对副在不同载荷下的高温磨损性能研究

在XP-5型高温摩擦磨损试验机上考察了MoSi2/SiC配对副在1000℃不同载荷下的摩擦磨损性能,并用SEM扫描电镜对MoSi2和SiC的磨损表面进行了观察,用X射线分析了MoSi2的磨损表面相组成。结果表明：MoSi2/SiC摩擦副在1000℃高温滑动时,随载荷增大摩擦系数逐渐减小;40 N时MoSi2的磨损率达到极大值;随载荷的增大,MoSi2的主要磨损机制依次表现为粘着、研磨、疲劳断裂和氧化磨损等形式。20-50 N时,SiC出现磨损增重现象,归因于氧化增重作用高于磨损失重作用。     

WC-Co类硬质合金的低周冲击疲劳性能研究

为研究WC-Co类硬质合金的冲击疲劳断裂机制和微观组织参数对其低周冲击疲劳性能的影响,对6种牌号不同WC晶粒尺寸及Co含量的硬质合金进行了冲击疲劳试验,并用扫描电子显微镜(SEM)观察冲击疲劳断口。结果表明:当硬质合金承受冲击加载时,裂纹从粉末冶金缺陷处萌生,萌生的裂纹与孔洞相互连接形成主裂纹,主裂纹快速扩展导致材料疲劳失效。Co含量越高的硬质合金其疲劳敏感性越强,冲击疲劳寿命越短;WC晶粒尺寸越大的硬质合金其冲击疲劳寿命越长。     

Cr、V、Ta添加剂对超粗晶和特粗晶硬质合金电化学腐蚀行为的影响

以WC–8.4Co、WC–8.4Co–0.4Cr3C2、WC–8.4Co–0.4VC和WC–8.4Co–0.4TaC等4组超粗晶和特粗晶硬质合金为研究对象,采用Tafel曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究4组合金在pH=1的H2SO4溶液、pH=7的Na2SO4溶液以及pH=13的NaOH溶液中的电化学腐蚀行为,采用扫描电镜观察合金的腐蚀表面。结果表明,与WC–8.4Co合金相比,在3种不同pH值腐蚀溶液中WC–8.4Co–0.4Cr3C2、WC–8.4Co–0.4VC和WC–8.4Co–0.4TaC合金的耐腐蚀性能均得到改善,Cr3C2改善合金耐腐蚀性能的效果最佳;4组合金在pH=13的NaOH溶液中的耐腐蚀性能均优于其在pH=1的H2SO4溶液中的耐腐蚀性能。合金腐蚀机理为:与溶液接触时,合金中Co粘结相优先腐蚀,产生活性溶解,同时WC发生局域腐蚀。     

矫顽磁力在纤维状WC晶粒硬质合金研究中的应用

利用高能球磨制备的纳米晶W(Co,C)过渡相粉末制备了纤维状WC硬质合金。采用X射线衍射(XRD)分析球磨粉末及不同温度烧结样品的相组成,并计算WC晶粒尺寸;通过矫顽力研究高能球磨粉末Co的存在方式以及固相烧结阶段粉末相转变和晶粒长大行为。结果表明:球磨粉末中矫顽力由0(球磨时间22h)逐渐增加,Co先固溶在W晶格中,随球磨时间增加析出;烧结温度为700~900℃时,矫顽力由0急剧增加,η相分解析出单磁畴的Co,WC晶粒长大较慢;烧结温度为1 050~1 250℃时,矫顽力下降,大量多磁畴Co出现,WC晶粒长大速度加快;烧结温度为900~1 050℃时,矫顽力几乎不变,WC晶粒长大缓慢;烧结温度超过1 250℃时,矫顽力缓慢增加,Co相晶型发生改变。     

非均匀硬质合金的研究及在硬岩掘进工具中的应用

从WC粉末、合金中WC的平均粒径和粒度分布、合金中的WC亚晶尺寸、微观应变和Co相分布，研究了不同的WC粒度组成，Co相分布对矿用硬质合金物理力学性能的影响；并将研制的Co相非均匀和硬质相非均匀相结合的硬质合金用于硬岩掘进，获得了满意的结果。     

纳米粉末溶解法制备粗晶WC-Co硬质合金

特粗晶硬质合金是一类发展中的先进矿业用硬质合金。采用纳米粉末溶解法制备特粗晶硬质合金,得到WC平均晶粒尺寸为8~9μm的特粗WC-Co硬质合金,研究发现纳米粉末可通过扩散机制控制小晶粒粗化。此方法不仅使WC平均晶粒尺寸增加,而且使WC-Co硬质合金的WC晶粒尺寸分布的均匀性得到提高;同时复杂形状晶粒明显减少,晶粒发育得到改善。     

含Cr_3C_2超细晶WC-Co硬质合金烧结过程中微观组织结构的演变

研究采用传统硬质合金生产工艺制备了超细晶WC-1Cr3C2-12Co硬质合金,用场发射扫描电镜观察了1130～1360℃真空烧结合金的微观组织结构,定量分析了合金中的残余孔隙、WC硬质相的形貌、晶粒尺寸及其分布随烧结温度的变化规律,对添加的Cr3C2晶粒长大抑制剂和稀土的存在形态及其对Co黏结相分布的影响进行了分析评价。