WC/ NiCrMo 钢基复合材料的断裂行为及特征

采用单边缺口梁(SENB) 法、扫描电镜和电子理论, 研究了碳化钨(WC) 增强钢基复合材料经960～1040 ℃奥氏体化及淬火、回火共12 种状态的断裂行为和断口特征。实验结果表明, 该材料在具有高强度(σ_bb～2200 MPa,σ_bc～3000 MPa) 高硬度( HRC 62～68) 的同时, 还具有较高的SENB 断裂韧性(～30 MPa ·m1/2 ), 断口形貌主要特征为WC 解理、基体准解理及分散韧窝和韧窝带。研究发现, 高体积分数(～40 %) 的硬质相对材料的断裂韧性和断裂行为起决定性作用, 基体内存在的具有高共价键强的含碳结构单元和具有较多晶格电子的α-Fe (Ni) 结构单元共同作用, 既给予硬质相以强韧支持, 又产生断裂时的微观延性。      

放电等离子烧结WC/Fe复合材料摩擦磨损性能

采用放电等离子烧结技术制备了WC质量分数为40%的WC/Fe复合材料,研究了不同烧结温度条件下WC/Fe复合材料的致密度、组织、硬度及干摩擦磨损性能。利用SEM和XRD分析了不同烧结温度条件下存在的物相;采用销-盘摩擦磨损试验机(盘试样选用~80μm的Al2O3砂纸,滑动距离约为950m)测量了马氏体耐磨钢和WC/Fe复合材料在不同载荷下相对磨损率;用SEM观察磨损形貌,确定WC/Fe复合材料的磨损机制。结果表明:烧结温度为1080℃时,WC/Fe复合材料实现完全致密,WC陶瓷颗粒均匀分布在基体中并与基体界面结合良好;随着WC/Fe复合材料完全致密化,其硬度及耐磨性能逐渐提高;WC/Fe复合材料的耐磨性能远优于马氏体耐磨钢。WC/Fe复合材料磨损机制主要为氧化磨损和磨粒磨损。在低载荷条件下,颗粒脱离基体造成氧化膜破裂,促使材料表面受损;较高载荷条件下,WC陶瓷颗粒破碎加速氧化膜破裂,加快了材料的磨损。     

双丝电弧喷涂Fe(WC)/Ni(WC)复合涂层显微组织及性能

借助双丝电弧喷涂技术在316L不锈钢基体表面成功制备了高硬度、高强度的FeNi(WC)复合涂层,并对涂层显微组织结构及性能进行了分析研究。利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层截面显微组织形貌,并用其配置的X射线能谱(EDS)对涂层不同区域进行能谱分析,确定涂层中元素组成及分布情况,通过X射线衍射仪(XRD)对涂层进行相组成分析,并使用ImageJ图像处理软件测定涂层的孔隙率,采用维氏显微硬度计分别测定了基体和涂层显微硬度。实验结果表明,双丝电弧喷涂技术所制备的FeNi(WC)复合涂层与基体结合良好,组织均匀致密,涂层中含有部分孔洞和裂纹,但对基体的整体性能影响不大。FeNi(WC)复合涂层中主要物相为Fe和Ni组成的金属固溶体化合物FeNi、Fe_3Ni_2和硬质相WC、W_2C。基体平均显微硬度为213 Hv_(0.1),涂层平均显微硬度高达714 Hv_(0.1),约为基体硬度的3～4倍。涂层EDS面扫描得出涂层中元素均匀混合分布,C和W均匀分布在Fe和Ni元素之间,O元素的存在是喷涂过程中氧化所致。FeNi(WC)复合涂层是由Fe、Ni、C和W等主要元素组成的粘结相和硬质相交叉分布形成的典型层状结构,粘结相中弥散分布的硬质相使得涂层的硬度及整体性能得到明显提高。     

钢结硬质合金中的硬质相

钢结硬质合金由硬质相和合金钢基体相构成,其所含硬质相的性质影响着钢结硬质合金的性质。本文讨论了硬质相的性质、硬质相同钢基体的相互作用以及硬质相数量的变化对合金性能的影响。这些硬质相包括WC,TiC,WC—TiC,Mo_2C,TaC,NbC,TiB_2等,其中以TiC,WC作硬质相的钢结硬质合金已有许多牌号。而Ti(C,N)钢结硬质合金还在研究之中,国外已有这方面的报道。除WC,TiC以外的其它硬质相在硬质合金表现出不同的性质,但这是否适合于钢结硬质合金还有待于进一步研究。     

刀具用W18Cr4V钢表面激光熔覆CoMoN/WC涂层组织与红硬性分析北大核心CSCD

选择W18Cr4V高速钢刀具作为测试基体,综合运用淬火与回火相结合的工艺处理基体。在其表面激光熔覆一层高硬度的CoMoN/WC涂层,实验测试分析各个回火温度得到的涂层硬度及其微观组织。研究结果表明:1)CoMoN/WC涂层跟基材达到了异冶金结合状态,在涂层内存Fe3W3C硬质相组织以及各类间隙态的化合物,使涂层获得很高的硬度。位于涂层中上区域存在大量的树枝晶与部分等轴晶,在中部区域形成了许多大尺寸树枝晶,在涂层底部存在许多小孔以及许多大尺寸的黑色组织。涂层形成了梯度硬度分布状态,相对于基体发生了硬度的大幅提升。三次回火+淬火循环处理涂层获得更高硬度;当回火温度上升后,涂层的硬度表现为不断减小。对试样进行高温处理后会引起晶粒的长大现象,同时减弱了组织细化的效果,形成了更多的位错数量。     

刀具用W18Cr4V钢表面激光熔覆CoMoN/WC涂层组织与红硬性分析

选择W18Cr4V高速钢刀具作为测试基体,综合运用淬火与回火相结合的工艺处理基体。在其表面激光熔覆一层高硬度的CoMoN/WC涂层,实验测试分析各个回火温度得到的涂层硬度及其微观组织。研究结果表明:1)CoMoN/WC涂层跟基材达到了异冶金结合状态,在涂层内存Fe3W3C硬质相组织以及各类间隙态的化合物,使涂层获得很高的硬度。位于涂层中上区域存在大量的树枝晶与部分等轴晶,在中部区域形成了许多大尺寸树枝晶,在涂层底部存在许多小孔以及许多大尺寸的黑色组织。涂层形成了梯度硬度分布状态,相对于基体发生了硬度的大幅提升。三次回火+淬火循环处理涂层获得更高硬度;当回火温度上升后,涂层的硬度表现为不断减小。对试样进行高温处理后会引起晶粒的长大现象,同时减弱了组织细化的效果,形成了更多的位错数量。     

反应硼化烧结法制备三元硼化物基耐磨覆层材料

用反应硼化烧结法在 12 90℃± 5℃下真空烧结成功制备出三元硼化物基硬质覆层材料YF - 1,其表面硬质覆层的硬度可达 82 - 90HRA。用扫描电镜 (SEM)、X射线衍射 (XRD)和电于探针 (EPMA)对YF - 1的显微结构进行了分析 ,结果表明 :表面硬质覆层材料主要是由三元硼化物基硬质相和铁基粘结相组成 ,硬质相Mo2 FeB2 是在真空烧结过程中原位反应生成的 ;硬质覆层和基体Q2 35钢的界面为一较大区域 ,界面结合良好。对YF - 1进行的磨损试验表明此种覆层材料具有优异的耐磨性     

Ni3Al基合金及其复合材料抗磨粒磨损行为研究

研究了一种以Ni3Al为基的复合材料，通过引入WC硬质点来改善材料的抗磨性，并将该材料与Ni3Al基合金和45＃淬火钢的磨粒磨损行为进行对比研究，结果表明，WC／Ni3Al基复合材料具有良好的抗磨粒磨损性能，其抗磨性是45＃淬火钢的3．34倍，是一种极具潜力的高温抗磨材料。     

热处理对高铬铸铁基蜂窝陶瓷复合材料耐磨性的影响

通过传统重力浇注工艺,用高铬铸铁金属溶液铸渗ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷颗粒蜂窝状预制体,从而获得高铬铸铁基蜂窝陶瓷复合材料。将复合材料在930℃、980℃、1 030℃、1 080℃温度下淬火,并分别在230℃、330℃、430℃、530℃时回火,研究了热处理条件对高铬铸铁基蜂窝陶瓷复合材料组织及三体磨料磨损性能的影响。研究结果表明:在相同回火温度条件下,随着淬火温度的升高,复合材料硬度升高,其耐磨性也随之升高;在相同淬火温度条件下,随着回火温度的升高,材料的硬度及耐磨性能也随之升高,两者达到一定温度后其硬度及耐磨性都下降,材料耐磨性与材料的硬度变化趋势一致。最终得到复合材料的最佳热处理工艺为:1 030℃×2h,空冷+530℃×0.5h。     

SiC晶须增强铝基复合材料热膨胀行为与内应力关系的研究

本文作者研究了600℃水淬和600℃退火处理的碳化硅晶须增强铝基复合材料的热膨胀行为,阐述两者热膨胀行为与内应力的内在关系。结果表明:淬火后复合材料基体的位错密度、内应力、及材料的有效屈服强度较高;而退火后复合材料基体的位错密度、内应力、及材料的有效屈服强度较低。当材料在600℃淬火后,升温过程中材料的热膨胀系数曲线在80℃和245℃各出现一个峰值,且后者明显高于前者;而600℃退火后材料的热膨胀系数曲线只在80℃出现一个波峰,且其峰值低于淬火材料相应的峰值。分析表明:材料热膨胀系数曲线出现的第一个峰是基体内拉应力释放的结果;而淬火后材料热膨胀系数曲线出现的第二个峰是基体压应力释放速率的标志。     

WC在WC/钢复合材料中的溶解行为

本文研究了WC在WC/钢复合材料中的溶解行为。用电子探针及扫描电镜能谱分析进行相成分的定性和定量分析;用X射线衍射仪进行物相分析;用光学显微镜和透射电镜观察了复合材料的显微组织。结果表明,WC/钢复合材料在烧结和热处理过程中,WC与钢基体将发生相互溶解与沉淀析出作用。文中还讨论了由于WC的溶解引起钢基体的化学成分变化,及其对复合材料的热处理、组织结构及性能的影响。      

埋弧堆焊WC颗粒增强复合层的工艺及性能

目的针对传统钢材硬度低、不耐磨损的问题,选用WC颗粒来增强传统钢材性能,研究不同工艺对WC颗粒增强钢基材料的影响。方法采用埋弧焊方法,将含有WC颗粒的药芯焊丝在钢板表面进行堆焊,采用SVS3020显微镜、光学显微镜和显微硬度计对焊缝的显微组织进行观察与分析。结果随着焊接电流、电压的增大,焊缝成形逐渐完好,无焊缝缺陷,焊接速度增大,焊缝有夹渣缺陷产生;焊缝硬度随着电流、速度的提升而增大,但随电压的提升而下降。结论埋弧焊焊接选用350 A电流、32 V电压和20 m/s速度成形的焊缝质量最佳,基体的稀释作用对堆焊合金层的显微硬度也有明显影响。     

45钢磨削硬化的试验研究

在平面磨床上,采用干磨削方式对45钢进行了磨削硬化处理,研究了磨削硬化层的组织与性能.结果表明,在磨削温度场和应变场的综合作用下,完全硬化区马氏体相呈现"细-粗-细"的变化规律,且相对粗大马氏体相出现在次表层;而过渡区组织的形成主要在于磨削热循环温度场的作用.磨削深度或原始组织对显微硬度无显著影响,硬度值均在700～750HV之间;但磨削硬化层深度随着磨削深度的增加或原始组织均匀性的提高,从0.9mm增大到1.4mm.     

The effect of structural state and temperature on mechanical properties and deformation mechanisms of WC-Co hard alloy

The publications reporting systematic investigations of the effect of structural state of WC-Co hard alloys (the cobalt binder content, WC grains size and contiguity) and temperature on mechanical properties and deformation mechanisms have been reviewed and generalized. The ductile-brittle transition, strain hardening, special features of WC-Co alloys deformations in various temperature ranges, and specificity of mechanical properties of the alloys with submicron WC grains have been discussed.     

Use of Ti in hard metal alloys – Part II: mechanical properties

WC‐Co hard metal is a material of high hardness, high compressive strength and wear resistance while maintaining good toughness and thermal stability. Samples of nanosized WC powders with 10 wt% Co, WC‐10 wt% Ti, WC‐9 wt% Ti‐1 wt% Co were cold pressed at 200 MPa and sintered at 1500°C during 1 hour under vacuum of 10^–2 mbar. The characterization of the sintered materials was performed by the measurements of densification, HV30 hardness, fracture toughness and compression strength. The results showed that it is possible to process a hard metal through a Powder Metallurgical conventional route from nanoscaled WC grains, using Ti (or a Ti‐Co mixture) as a binder phase, with good mechanical properties.     

WC颗粒增强铁基复合材料的性能研究

通过离心法制备了外径290mm,内径130mm,高72mm,WCp/Fe-C复合材料工作层厚度25～30mm的厚壁环形试样.通过光镜、扫描电镜和性能试验设备研究了两种不同WCp体积分数WCp/Fe-C复合材料的力学性能、耐磨损性能和抗热疲劳性能,并与硬质合金和高铬铸铁进行比较.结果表明WCp体积分数在80%和65%左右的两种WCp/Fe-C复合材料,其抗拉强度达到了320和348MPa,冲击韧性均＞4J/cm^2,硬度为HRC63.5和HRC61.5.20和40N载荷下的耐磨性分别达到208.33、90.91和127.06、57.14,抗热疲劳性能优良.与硬质合金和高铬铸铁相比,WCp/Fe-C复合材料的冲击韧性、抗热疲劳性能以及20和40N载荷下的耐磨性均有大幅度提高.     

WC在WC/灰铸铁复合材料基体中的溶解

为了对WC/Fe复合材料的界面设计和控制提供理论指导, 论文分析了WC在WC/灰铸铁复合材料基体中的溶解热力学, 通过差热分析、 光学显微镜、 扫描电镜和X衍射等测试方法研究了WC与灰铸铁基体之间的界面, 对WC颗粒在基体中的溶解过程进行了探讨。研究结果表明: WC颗粒与HT300基体润湿良好, 当系统最高温度为1450℃时, WC颗粒的表面有明显被溶解的痕迹, WC颗粒在HT300基体溶液中发生明显溶解的开始温度约为1281℃; 当系统温度升高到某一温度时, WC发生分解反应(2WCW₂C＋C), 元素扩散将促进WC颗粒的溶解。      

WC溶解对钢结硬质合金组织的影响

考察ＷＣ的溶解对ＷＣ系钢硬质合金ＧＪＷ５０的组织的影响。结果表明,因高温烧结过程中ＷＣ的熔解,基体的含碳量明显升高,以致偏聚的ＷＣ粒子桥接成粗大的碳物集团。     

低合金钢烧结硬化性能研究

研究了4种成分的低合金钢材料烧结硬化性能。结果表明,添加Mo、Mn、Cr等合金元素的烧结低合金钢抗拉强度、硬度明显提高,合金强化效果显著。采用烧结硬化工艺,低合金钢都获得了比常规烧结更好的力学性能。其中硬化能力倍数高的4#材料效果最佳,硬度达到HRC35.4,强度为540.74 MPa,接近常规热处理的性能。金相分析表明,烧结硬化组织主要是马氏体,此外有少量残留奥氏体、铁素体、珠光体。