WC-Co硬质合金微观结构随机分布模型与弹性性能预报

基于“随机法”构建了WC-Co硬质合金微观结构的二维参数化模型,使用移动窗口法确定了微观结构代表性体积单元的尺寸,通过有限元模拟拉伸实验计算了材料的弹性性能.该模型考虑了微观结构的拓扑参数,反映了微观结构中平均粒径、长径和短径、形心位置和取向角分布的随机性特征,并实现了Co相的体积分数的控制.结果表明,采用移动窗口法确定的代表性体积单元包含约120个晶粒;在拉伸实验中晶粒形状及其位置分布对各向异性的影响较小.弹性性能模拟结果和采用Golovchan模型计算及实验结果吻合较好,从而验证了该方法能够有效预测WC-Co硬质合金的弹性性能.     

基于图像处理的硬质合金微观结构特征及弹性性能预测

采用计算机图像处理技术提取了WC-Co硬质合金的微观结构轮廓,建立了二维参数化模型,并对合金弹性性能进行预测。结果表明,在施加0.5、1.0.和1.5 N拉伸载荷下,WC-Co硬质合金弹性性能的预测结果与实验结果吻合较好。     

新型梯度硬质合金的组成分布函数与弹性系数模型

在分析现有梯度硬度合金的组成分布函数和弹性系数模型的基础上,结合梯度硬质合金制备工艺,提出了以质量分数为基本参数的新型梯度硬质合金组分分布和弹性系数（包括弹性模量和泊松比）的分段函数模型,并通过YG类硬质合金的实验加以验证。结果表明,新型分段函数模型预测的YG类硬质合金弹性系数值与实测值吻合很好,并能较准确地预测YG6梯度硬质合金弹性系数沿梯度方向的变化规律。     

应力比对WC-Co硬质合金疲劳寿命及裂纹生长行为的影响(英文)

通过两种疲劳试验:旋转弯曲疲劳试验和3-或4-点弯曲疲劳试验测试细晶WC-Co硬质合金的裂纹生长行为和疲劳寿命。疲劳试验结果表明:所测试的大部分WC-Co硬质合金的疲劳寿命取决于裂纹生长周期。利用断裂力学基本方程推导出疲劳裂纹生长速率(da/dN)和最大应力强度因子(Kmax)的关系。根据此关系,获得材料的强度因子阈值(Kth)和疲劳断裂韧性值(Kfc)。基于修正的线性弹性断裂力学方程,对WC-Co硬质合金材料的疲劳寿命进行计算,疲劳寿命的计算结果与实验结果吻合较好。     

纳米硬质合金的弹性模量（英文）

本文的研究目的是获得纳米晶WC-Co硬质合金的弹性模量,并分析其弹性模量不同于常规微米硬质合金的原因。采用放电等离子烧结(SPS)方法制备纳米晶硬质合金,分别采用SPS烧结和低压烧结(sinter-HIP)制备常规微米晶硬质合金。烧结试样的显微组织和WC晶粒尺寸采用X射线衍射技术、扫描电镜、透射电镜及旋进电子衍射技术进行表征。弹性模量采用纳米压痕技术中的连续刚度法进行测量,并取其稳定区域的平均值得到。结果表明,与SPS制备的微米级硬质合金相比,纳米晶WC-Co硬质合金的弹性模量较小,可能与界面含量增多和放电等离子烧结过程的快速加热和冷却造成合金钴相中hcp-Co含量增多有关。     

WC-Co硬质合金微观结构的自适应参数化模型

为了研究材料微观结构对材料性能的影响以及缩短材料开发周期,基于WCCo硬质合金本真微观结构,提出了"自适应"建立二维微观结构参数化模型的方法 ,统计了真实测微观结构的WC平均晶粒尺寸及其分布、WC晶粒长短径、形心位置、取向角、Co含量等参数值,其中晶粒长短径则根据提出的"椭圆等效"法进行统计;然后基于Auto CAD的二次开发将统计的实验测量值输入到参数化模型中并投放WC颗粒,利用自适应算法自动调整每次新投放的WC颗粒,从而建立了反映真实微观组织的参数化模型。结果表明:WC-Co硬质合金微观结构参数化模型的参数设计值与实验测得值基本吻合,反映了参数化模型的可靠性。     

WC-Co硬质合金热机械腐蚀疲劳性能的研究

采用自行设计的实验装置对两种WC-Co硬质合金在压压循环载荷和循环加热冷却同时作用下的热机械腐蚀疲劳行为进行了研究,研究了冷却介质pH值和Co含量对硬质合金热机械腐蚀疲劳性能的影响,同时采用SEM对断口形貌进行了分析.实验结果表明:疲劳断裂的宏观形貌主要是切断型的断裂,疲劳裂纹稳定扩展区上存在很多摩擦碎屑,在稳定扩展区并没有发现疲劳条纹的存在,瞬断区的断裂形貌与静态断裂特征一致.在本文所提供的热机械腐蚀疲劳实验条件下,并未发现冷却介质pH值对两种WC-Co系列的硬质合金的热机械腐蚀疲劳性能的影响,低Co含量的硬质合金YGH30具有比高Co含量硬质合金YGH60更优异的热机械腐蚀疲劳性能.     

WC粒度分布对WC-Co硬质合金力学性能影响的模拟分析

本文旨在建立基于WC-Co硬质合金真实微观组织的力学性能预测有限元分析方法,进而分析WC颗粒粒度分布对微区变形和力学行为的影响。实验设计和制备了具有Co含量相同,WC晶粒分布均匀和非均匀的两种WC-Co硬质合金,并进行维氏硬度测试和用SEM进行组织观测。通过对合金组织的SEM形貌照片进行WC颗粒边界的重构,建立WC和Co两相真实组织的二维有限元模型。通过有限元模拟对两种合金的弹性模量、泊松比和强度等力学性能进行预测和微观变形机理分析。有限元模拟结果表明均匀合金强度高于非均匀合金,与实验测试的硬度所揭示的规律相吻合。对微观变形机理分析揭示了均匀合金应力分布更均匀是强度较高的主要内在机理,而WC/WC邻接界面的应力集中是弱化力学性能的主要机制。     

WC-Co硬质合金磁性能与晶粒度之间的关系

对硬质合金磁性能与显微结构参数之间的关系模型进行了简短介绍。测量了超细、亚微和中粗晶粒度WC-Co硬质合金的磁性能,并利用扫描电镜或金相显微镜测量对应牌号合金的WC平均晶粒度,建立了一个新的描述WC-Co硬质合金磁性能和平均晶粒度之间的经验关系公式。结果表明,新关系式对于不同合金牌号合金具有较高的准确度和良好的应用效果。     

气氛烧结法制备WC-Co梯度硬质合金的研究进展

粘结相呈梯度分布的WC-Co梯度硬质合金可有效解决传统结构硬质合金存在的性能瓶颈问题,具有良好的应用前景。本文介绍了采用控制气氛烧结制备WC-Co梯度硬质合金的方法,综述了梯度硬质合金制备过程中Co相梯度结构形成机理的研究进展,指出了WC-Co梯度硬质合金的进一步研究方向。     

超细晶硬质合金显微组织参数与力学性能定量关系的研究

对超细晶WC-Co硬质合金的复相显微组织进行了系统的定量化表征和分析,获得了WC晶粒尺寸d_(WC),Co相平均自由程L_(Co)和WC晶粒邻接度C_(WC-WC)等显微组织参数与力学性能的定量关系,模型预测结果与实验测定结果符合很好.结果表明,当C_(WC-WC)基本相同时,超细晶硬质合金的硬度分别与d_(WC)~(-1/2)和L_(Co)~(-1/2)成线性正比关系,断裂韧性K_(IC)分别与d_(WC)~(-1/2)和L_(Co)~(-1/2)成确定性函数关系.在Co含量一定、WC平均晶粒尺寸基本相同的情况下,随着C_(WC-WC)的增大,超细晶硬质合金的横向断裂强度降低,且当C_(WC-WC)>0.5时,硬质合金的强度随C_(WC-WC)增加显著下降.     

HIP后续烧结对超细WC-Co硬质合金性能的影响

采用高能球磨法制备超细WC-Co硬质合金。研究了1 390℃真空通Ar常规烧结后再热等静压烧结(HIP),烧结温度1 320℃,80 MPa下保温60 min对WC-Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明:1 390℃真空通Ar烧结,可获得组织细小、综合性能好的YG8、YG10超细硬质合金。其中YG8超细硬质合金硬度达93.8 HRA,抗弯强度达2 290 MPa,YG10超细硬质合金硬度达93.3 HRA,抗弯强度达2 250 MPa。真空通Ar常规烧结再HIP能提高合金的致密度,但会使WC晶粒长大,硬度、抗弯强度、矫顽磁力等性能均下降。     

WC-Co-Re cemented carbides: Structure,properties and potential applications

Cemented carbides of the WC-Co-Re system represent a new class of hard materials having a significantly increased Young's modulus, hot hardness and high temperature creep resistance. The WC-Co-Re phase diagram was evaluated and compared with the corresponding WC-Co phase diagram. Physical and mechanical properties of such composites were measured at room and elevated temperatures and compared with those of conventional WC-Co cemented carbides. Microstructures of the WC-Co-Re cemented carbides at different carbon contents, binder contents and WC grain sizes were examined. Rhenium being dissolved in the Co-based binder is found to be a very strong grain growth inhibitor with respect to WC coarsening during liquid-phase sintering. The Young's modulus, hot hardness and high temperature creep resistance of the WC-Co-Re cemented carbides are greater than those of conventional WC-Co cemented carbides. Due to their unique properties the WC-Co-Re materials can find applications in use in high-pressure high-temperature components for synthesis of diamond and c-BN and cutting Ni-based super alloys and other heat-generating workpiece materials.     

WC-Co梯度硬质合金的本构关系及应用

功能梯度硬质合金实现了高硬度与高强度的完美结合. 然而, 由于材料成分及物性的梯度变化使得材料内部的残余热应力影响了产品的性能. 为了分析制备及服役过程中梯度硬质合金中残余应力的影响, 通过定义弹性约束因子和引入塑性约束因子得到了材料的弹塑性本构关系. 将此本构模型结合有限元方法得到了梯度硬质合金内部残余热应力的分布. 数值计算结果表明: 残余热应力主要集中在样品近表面的梯度区. 在富钴区出现了拉应力, 而在表明出现了压应力, 表面最大压应力有380MPa. 同时, 采用X射线衍射法测试了样品的表面应力, 得到的结果是-379.75Mpa. 实验观测与数值模型符合较好.     

含WB烧结硬质合金的组织结构和性能研究

将不同含量的WB粉末添加到传统成分的WC-Co粉末中,利用低压烧结技术制备了系列含WB的WC-Co型硬质合金,并对其物相组成、组织结构和力学性能进行了系统表征分析。研究发现,在低压烧结过程中WB与Co发生反应,生成了具有超高硬度的WCoB相,由此降低了粘结相Co对WC晶粒的隔离,增加了WC晶粒间的接触度,引起合金韧性下降。添加WB制备的硬质合金材料其摩擦系数更低,随WB添加量的增加,硬度和耐磨性明显提高,当WB添加量为30%(质量分数)时,制备的硬质合金材料的硬度达到19 000 MPa,其磨损速率仅为传统WC-Co硬质合金1/10。然而,添加WB的WC-Co合金的断裂韧性约为传统WC-Co硬质合金的83%~91%。     

过渡族金属碳化物在WC-Co硬质合金中的界面偏析与固溶行为

过渡族金属碳化物是最常见的硬质合金微观组织结构与性能调控添加剂,添加剂在硬质合金中赋存状态的研究是WC晶粒生长抑制机理研究的基础,也是硬质合金材料与工艺设计的基础。从基于第一性原理计算的理论研究、基于高分辨透射电镜和原子探针层析法的实验观察分析等2个方面,综述了过渡族金属碳化物在WC/β(钴基固溶体粘结相)相界偏析行为的研究现状。基于过渡族金属碳化物在硬质合金中晶界与相界的偏析行为、在硬质相与粘结相中的固溶行为,讨论了硬质合金中WC晶粒生长机理与晶粒生长抑制机理以及过渡族金属碳化物对硬质合金性能的影响机理,提出了硬质合金材料与工艺设计的建议。     

中国超细晶硬质合金及原料制备技术进展

超细晶硬质合金是WC晶粒度≤0．5μm的硬质合金,这类合金具有高强度和高硬度的优异性能。目前由超细晶硬质合金制备的高效刀具已经广泛用于航空航天、核能、汽车、发电设备、新能源和电子通讯等现代制造业。主要对中国超细晶硬质合金原料（例如超细碳化钨粉、钴粉、复合粉）和超细晶硬质合金制备技术、性能及表征方法作了系统的阐述。最后对超细晶硬质合金制备技术进行了展望。     

SPS技术的进展及其在硬质合金制备中的应用

介绍了放电等离子烧结SPS技术的原理、特征、工艺影响因素及发展,并使用放电等离子烧结制备了WC-Co和TiCN系硬质合金,展望了放电等离子烧结在硬质合金制备中的应用。     

Sintering behavior and mechanical properties of Cr3C2 doped ultra-fine WC-Co cemented carbides: Experment guided with thermodynamic calculations

The influence of Cr₃C₂ doping on the sintering process and mechanical properties of WC-Co cemented carbides was studied. Using differential thermal analysis of green powders and thermodynamic calculations, the disappearing temperature of solid-state binder phase in the ultra-fine WC-Co cemented carbides with different amounts of Cr₃C₂ dopant was first investigated and then verified to descend with the increase of Cr content. Based on these investigations, the sintering temperatures of three alloys with 0.3, 0.5 and 0.65 wt% Cr were selected to high by 50 °C than the phase disappearing temperature of solid-state binder. Compared with the commercial sample with the sintering temperature at 1410 °C for Cr₃C₂ doped WC-Co cemented carbides, the optimized sintering temperatures lead to finer microstructures and better mechanical properties, such as transverse rupture strength and hardness. In addition, the reliability for the performance of WC-Co cemented carbides prepared with the optimized sintering schedule is significantly improved in comparison with the commercial sample. The strategy from the present work can be used to design sintering process parameters during the manufacture of ultrafine WC-Co cemented carbides.     

WC-Co硬质合金γ相的X射线结构分析

由X射线相分析基本公式导出了适宜于计算同素异构体混合物的X射线衍射方程，通过分析WC－Co硬质合金γ相（Co－W－C固溶体）模拟合金的X射线实验数据推算出六方型α-γ相和立方型β-γ相的相对Kβα值，该值与γ相成分有关，得到了一种简易、实用和精确测量WC－Co合金中γ相结构的定量分析方法。