立方相对超细晶梯度硬质合金微观组织的影响

以超细WC粉末为原料,采用低压预烧结和梯度烧结两步法制备了超细晶梯度硬质合金。通过添加不同的立方相,研究了立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响。结果表明,仅添加Ti(C,N)可以形成较厚的梯度层,但梯度烧结后WC晶粒尺寸有较大的增长。(W,Ti)C和(Nb,Ta)C的加入不利于较厚梯度层的形成,但在梯度烧结过程中可以抑制WC晶粒的生长。添加(Ti,W)C的合金在梯度烧结后出现了少量尺寸大于1 μm的WC晶粒,(Ta,Nb)C的加入可以很好的抑制合金中芯环结构立方相的形成。     

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。     

基体梯度结构对TiN涂层硬质合金力学和切削性能的影晌

研究基体梯度结构对TiN涂层硬质合金力学和切削性能的影响;采用阴极弧蒸发涂层工艺分别在均质和梯度硬质合金基体上制备TiN涂层:运用金相观察、扫描电镜分析、三点抗弯强度测试、显微硬度测试和切削性能测试,研究基体梯度结构对TiN涂层硬质合金组织结构、力学性能和切削性能的影响.结果表明:基体结构梯度化后,TiN涂层表面形貌由平整状变为网状结构,显微硬度提高19%,抗弯强度提高6.1%;基体结构梯度化后,涂层硬质合金的结构发生变化、力学性能得到提高,涂层刀片的抗冲击性能和切削性能分别提高10%和15%左右.     

硼掺杂梯度对硬质合金金刚石涂层的影响

为提高硬质合金刀具上金刚石涂层的结合性能,采用热丝化学气相沉积法在YG 8硬质合金基体上沉积高、低梯度硼掺杂微米金刚石（high gradient boron-doped micron crystal diamond, HGBMCD;low gradient boron-doped micron crystal diamond, LGBMCD）涂层和无硼掺杂的微米金刚石（micrometer crystal diamond, MCD）涂层,探究沉积过程中硼掺杂浓度的梯度大小对金刚石涂层的形核和生长性能的影响。结果表明:随着硼的掺入,金刚石的形核密度增大,生长6 h后的金刚石晶粒更均匀细小,其中LGBMCD的晶粒尺寸大部分在2～3 μm;而石墨相在梯度硼掺杂金刚石涂层中的生长会被抑制,HGBMCD中I_Dia/I_G高达14.65,残余应力仅为–0.255 GPa,且Co₂B、CoB等硼钴化合物含量随硼掺杂梯度的减小而增大;金刚石涂层的残余应力因硼的掺入逐渐从压应力转变成拉应力,残余应力大小先减小后增大;洛氏压痕显示,随着硼的掺入,金刚石涂层的结合性能提高,LGBMCD的结合性能最好,在1 470 N下可达到HF2级。因此,适当的硼掺杂梯度有利于提高金刚石涂层的质量和结合性能。      

烧结温度对铁镍代钴硬质合金组织和性能的影响

采用传统粉末冶金工艺制备了WC+TiC+Ni+Fe硬质合金,研究了不同烧结温度对铁镍代钴硬质合金显微组织和性能的影响。结果表明:烧结温度为1 400～1 480℃时,合金组织正常,无石墨相和η相产生。试样的密度随烧结温度的上升而逐渐增加。在研究的烧结温度范围内,WC+TiC+Ni+Fe合金的硬度和抗弯强度值都是先升高,再缓慢降低。试验最佳烧结温度为1 440℃,材料的综合力学性能最好,硬度和抗弯强度值达到"双高",其值分别为91.6 HRA和1 720 MPa。并且此时合金的切削性能与传统的WC+TiC+Co合金相当。     

碳含量对铁镍代钴硬质合金组织和性能的影响

通过配制不同碳含量的WC+TiC+Ni+Fe硬质合金,采用光学金相、X射线衍射等分析方法,对比研究了铁镍代钴硬质合金中出现正常组织的碳含量范围以及碳含量变化对硬质合金组织和性能的影响。结果表明:合金中碳的质量分数在5.83%～5.99%范围内出现正常组织;在碳含量研究范围内,合金密度和硬度随碳含量的增加而降低,合金抗弯强度随碳含量的增加,呈现先升高再降低的趋势,在碳含量为5.91%时出现最大值。     

中粗WC含量对Ni-Co粗晶硬质合金微观组织及性能的影响

研究了中粗WC含量对Ni-Co粗晶硬质合金微观组织与晶粒分布的影响,进而讨论了晶粒分布对硬质合金力学性能的影响。通过金相分析了中粗WC含量对硬质合金晶粒度与邻接度的影响,并利用截线法研究了微观组织的晶粒的分布规律;研究了晶粒度与晶粒分布对磁力、密度及其它力学性能的影响。结果显示,中粗WC晶粒可均匀分布在粗晶WC周围阻碍粗晶与粘结相接触,抑制了粗晶粒的快速粗化,降低了合金平均晶粒度与平均自由程,使晶粒分布逐渐转变为双峰分布;在压力烧结下所有合金的相对密度均在99.5%以上,通过对矫顽磁力的测试分析,验证了微观组织中晶粒双峰分布的准确性;平均晶粒度的降低使合金硬度逐渐增加、断裂韧性逐渐降低;微观组织中超粗晶粒逐渐减少,有利于硬质合金抗弯强度与耐磨性的提高。在Ni-Co粗晶硬质合金中加入部分中粗WC颗粒有利于减少晶粒粗化进而提高耐磨性,加入30%中粗WC颗粒时综合性能最好。     

Adherent coating on gradient cemented carbide with ultrafine Ti(C_(0.5),N_(0.5))

Gradient cemented carbide is usually employed as the substrate for coated carbide insert. In this work,gradient cemented carbide with ultrafine Ti(C_0.5,N_0.5) was prepared and its microstructure and properties were researched. Moreover, this novel substrate was coated to investigate cutting performance. It is found that the average WC grain size in the gradient zone is larger than that in the bulk. Owing to ultrafine Ti(C_0.5,N_0.5) introduction, gradient cemented carbide prepared by vacuum sintering exhibits full densification. By contrast, the gradient cemented carbide with ultrafine Ti(C_0.5,N_0.5) shows higher transverse rupture strength(TRS) and hardness than the homogenous one. Gradient cemented carbide suffers small TRS reduction after coating, and the bonding between coatings and gradient substrate is tidy and compact. The coated gradient cemented carbide shows much better endurance and impact resistance than the coated homogenous one. It confirms the superiority of gradient cemented carbide when used as the substrate for coating inserts.     

TiC含量对微波烧结钢结硬质合金组织及性能影响

以铁粉为基体,TiC颗粒为增强相,通过球磨、压制成型,微波烧结制备出TiC钢结硬质合金。结果表明,在1400℃微波烧结时,TiC颗粒与Fe具有良好的润湿性和流动性。随TiC含量升高,合金的晶粒逐渐变得均匀细小,合金的相对密度、显微硬度和抗弯强度均先升高后下降,相对密度和抗弯强度在TiC含量5%时达到最高值,分别为94.61%和1327.20 MPa,显微硬度在TiC含量10%时达到最高值,为760 HV。随TiC含量增加,钢结硬质合金的断裂方式由韧性断裂向脆性断裂过渡。     

WO3添加量对超粗硬质合金微观结构及性能影响*

本文以WC、WO₃、Co、C为原料,通过原位细晶溶解-析出长大法制备了超粗硬质合金,并分析了不同WO₃添加量对合金微观结构及性能影响规律。结果表明：初始粉末中加入的WO₃和C在烧结过程中将发生原位一步还原碳化反应转化为高活性的细WC,促进溶解-析出长大现象,使超粗硬质合金WC平均晶粒度随着WO₃含量增加而增大。同时,WO₃添加能够减少粗WC晶粒微观缺陷和曲边的阶梯状表面,平直化晶粒边界,使其形貌趋于形成完整的三角棱柱体,其(0 0 0 1)晶面占比高,能够有效提高合金硬度,阻碍裂纹扩展,增加钴相韧性断裂比例。当WO₃添加量为4.20wt.%时,制备的超粗硬质合金具有最大的硬度(1085kgf/mm₂⁾和抗弯强度(2692MPa)。     

Ni元素扩散行为对硬质合金/钢钎焊接头力学性能及微观组织的影响

本文采用不同含量的Ni元素的钎料对YG15硬质合金与35CrMo钢进行了钎焊,分别研究了Ni元素含量,钎焊温度以及有无超声作用等因素对接头力学性能与微观组织的影响,研究表明钎焊温度为800°C时随钎料中含Ni元素的增加,界面处可获得连续的α-Cu固溶体层,当钎料中Ni元素含量为4.7%时,其接头剪切强度最高,为295MPa。发现钎焊温度将影响Ni元素的扩散行为,从而影响界面处贫Co区的宽度,在温度为730℃时贫Co区宽度最小,其接头剪切强度值也最高,为350MPa。施加超声可以使增加贫Co区宽度,降低共晶组织含量,并使得WC颗粒迁移进入钎缝金属。当超声时间为30s时,贫Co区宽度为17.5μm,接头剪切强度为378MPa,比无超声时接头强度提高6%。     

Effect of powder particle size on gradient formation and grain growth in ultrafine crystalline gradient cemented carbide

Sinter-HIP combining vacuum and pressure in one-step sintering process has been applied to prepare ultrafine crystalline cemented carbide with a surface gradient layer enriched in binder. The effect of powder particle size on gradient formation and grain growth has been examined. The results show that the gradient layer thickness increases with decreasing WC and Ti(C,N) powder particle size. The number of abnormal WC grains increases with decreasing WC powder particle size. The formational mechanism of the gradient cemented carbide with ultrafine grains is discussed through analyzing the decomposability of nanoscale Ti(C,N), atomic diffusion and grain growth during one-step Sinter-HIP process.     

Microstructure and properties of CVD coated on gradient cemented carbide with different WC grain size

In this paper, cemented carbides with gradient surface enriched in Co phase and depleted of cubic phases were prepared by one-step vacuum sintering. The gradient cemented carbides of different WC grain size were used as the substrates of CVD coatings. The effects of WC particle size on the formation of gradient layer, microstructure and properties of the gradient cemented carbides were investigated. Besides, the influence of WC grain size and gradient layer on microstructure, growth and adhesion strength of the coatings were studied. The results showed that the thickness of surface gradient layer decreased with increasing WC particle size, which was attributed to the decreased diffusion paths and the increased diffusion distance. The interface between the surface gradient layer and the bulk was disordered due to abnormal grain growth of WC in ultrafine cemented carbide. The microhardness across the direction of the fcc-free (Face Center Cubic Free) surface layer to the bulk were similar in the three gradient cemented carbides, and could be expressed as: from the surface to the inner, the microhardness decreased firstly, then increased sharply around the interface, and subsequently dropped to the bulk level. The coating on the fcc-free surface layer was thicker than that on bulk, and the coating on the substrate with fine-sized WC grains is the thickest. The increase of the WC grain size in the substrate could improve the bonding strength of the coating. Furthermore, the presence of Co-rich layer could improve the bonding strength. However, bonding strength was poor for the grain size of ultrafine.     

基于超细硬质合金磨削过程的机床能耗研究

以机床磨削超细硬质合金为研究对象,对磨削加工时各种运行状态下的功率、不同磨削参数下的磨削比能及磨削有效加工能效进行研究。结果表明:空载运行的功率占据了磨床总磨削功率的92%;磨削比能e_s随砂轮线速度v_s的增大有小幅度增大,随磨削深度a_p和工件进给速度v_w的增大而减小,其中v_w对e_s影响最大,a_p次之,v_s最小。磨削有效加工能效η随v_s、a_p及v_w的增大而增大,其中a_p对η影响最大,v_s次之,v_w最小。因此,为了降低磨削能耗,在实际磨削加工超细硬质合金时,应尽量缩短载运行时间。在保证加工质量的前提下,应选择较大的a_p和v_w。      

碳化工艺对固溶体及合金性能的影响

研究了1 800℃/60 min、1 900℃/45 min、2 200℃/30 min三种碳化工艺对30%TiC-70%WC(质量分数)饱和固溶体固溶完全程度、粒度以及所制备WC-TiC-4.3%Co合金的显微结构、切削性能的影响。结果表明1 900℃/45 min碳化工艺制备的固溶体固溶较完全,Fsss粒度2.15μm,制备的WC-TiC-4.3%Co合金,显微结构为固溶体和粘结相两相组织,相同切削条件下合金刀片切削寿命较优。     

梯度硬质合金与45钢的TIG焊研究

选取YG8,YG15和YG20商用硬质合金与WC-5Co-25Ni硬质合金通过扩散烧结的方法制备梯度硬质合金,采用NiFe-C焊丝对梯度硬质合金与45钢进行TIG连接,通过扫描电镜观察、抗弯强度试验,对焊接接头的组织和力学性能进行了分析。结果表明:YG8/YG15/YG20/WC-5Co-25Ni四层结构梯度合金可以缓解焊接应力,与45钢TIG焊可以获得无开裂接头;垂直堆叠烧制的梯度合金焊接时易在焊缝底部界面位置形成η碳化物层,60°倾角倾斜堆叠烧制的梯度合金焊接时,界面位置不再形成有害碳化物层;由于η碳化物层的存在,垂直堆叠梯度合金的焊接接头抗弯强度仅为0. 74 GPa,倾斜堆叠梯度合金的焊接接头的抗弯强度提高到1. 29 GPa。     

YG8硬质合金表面激光熔覆WC/TiC/Co涂层的组织及性能

通过激光熔覆方法在YG8硬质合金表面制备WC/TiC/Co涂层,借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)观察组织结构并分析其物相组成,并对其显微组织、硬度分布和摩擦磨损性能进行了观察和测量。结果显示:涂层表面平整,与基体结合紧密,截面形貌良好没有明显缺陷。表层和两侧存在未熔的WC颗粒,熔覆层中WC颗粒消失,新产生的组织分布均匀。受激光影响,热影响区中的WC晶粒发生重结晶和再结晶。熔覆层主要物相为WC、W₂C、(Ti,W)C_1-x、M₆C(Co₄W₂C、Co₃W₃C)等,这些硬质相和碳化物的生成及弥散分布提高了熔覆层性能。通过测量,熔覆层硬度分布在1700~1800 HV0.5,最高为1783 HV0.5,高于YG8硬质合金,而热影响区和基体的硬度则稍有下降;耐磨性也有大幅提高,熔覆层体积磨损量比YG8合金减少90.67%,平均摩擦因数为0.293,主要磨损形式为磨粒磨损。     

超细晶WC-Co硬质合金抗拉强度有限元计算方法研究

基于超细晶WC-Co硬质合金真实金相图片,开展有限元模拟拉伸断裂试验,模拟了硬质合金拉伸断裂的具体过程,并利用LS-DYNA有限元方法预测了超细晶WC-Co硬质合金的抗拉强度。根据数值模拟结果,WC-Co硬质合金抗拉强度为132 MPa。将超细晶WC-Co硬质合金加工成中间钻孔的圆盘,通过改进的巴西劈裂试验,间接测量出超细晶WC-Co硬质合金的最大抗拉强度为114.5 MPa。将数值模拟结果与试验结果进行比较,误差约为15%。数值模拟结果与试验结果比较接近,说明基于超细晶真实金相图片的有限元裂纹扩展模拟能较为准确地再现硬质合金断裂失效的过程,预测材料的力学性能,为分析硬质合金的断裂失效提供依据。     

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%。