超粗晶WC-Co硬质合金的研究现状

超粗晶硬质合金是一类性能优异的新型合金,广泛用于采矿、凿岩、轧辊等领域,应用前景广阔。化学包覆法和纳米粉末溶解法是超粗晶WC-Co硬质合金制备的主要方法,介绍了超粗硬质合金原料WC颗粒平均粒度选择的动力学理论,碳含量对超粗合金中WC晶粒生长粗化的影响以及通过引入其它元素强化粘结相以提高合金寿命的探索结果。此外,分析了以合金硬度为常数时,晶粒尺寸与合金性能的关系,指出在保持合金硬度不变时,通过增大WC晶粒尺寸来提高合金的耐磨性和韧性是可行的。最后,展望了超粗晶合金的发展方向。     

超粗晶硬质合金截齿的层状剥落

本文主要探讨采煤机用截齿在使用过程中的失效行为。重点研究焊接于截齿顶部的超粗晶硬质合金齿的"层状剥落"现象,探讨层状剥落出现的原因及其形成机理。分析表明:在采煤过程中,超粗晶硬质合金的热疲劳是导致其失效的主要原因之一,合金的热疲劳及超粗WC晶粒之间粘结相的先期去除是层状剥落形成的主要原因。通过适当增加合金中WC的平均晶粒度、采用特定手段强化合金中的Co相将有效减缓或避免超粗晶合金层状剥落现象。     

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。     

梯度超粗晶硬质合金的制备与组织性能研究

本文报道了一种制备梯度超粗晶硬质合金的新方法:结合初始WC-Co硬质合金棒料的成分设计和区域熔炼处理工艺,制备了显微组织和性能连续梯度分布的硬质合金棒料。对制备的梯度硬质合金棒料分别表征分析显微组织结构、晶粒尺寸、Co含量变化和硬度分布等,结果表明:沿着硬质合金棒料的轴线方向,WC晶粒尺寸范围为14.95~25.09μm,Co的质量分数变化为3.0%~12.5%,硬度变化范围为8 100~9 800 N/mm2。本文提出的新方法实现了梯度结构和超粗晶组织的有效结合,可赋予硬质合金棒料不同部位以不同特征的力学性能。     

粗晶硬质合金的研究进展

随着粗晶硬质合金的应用越来越广泛,对粗晶硬质合金的相关机理以及制备方法的研究越来越受到重视。本文概述了粗晶硬质合金在使用过程中的裂纹扩展应力松弛、WC塑性变形增强、钴相平均自由程增加、抗热效应增强等几种强化机理,综合分析了国内外在粗晶硬质合金制备技术方面的研究现状,重点介绍了轻度球磨法、钴相包裹法、纳米粉末溶解-再沉淀法等混合料制备方法和烧结工艺方面的研究进展。提出了粗晶硬质合金的研究及发展方向--研究评估粗晶硬质合金性能的指标体系以及开发先进的制备工艺。     

含添加剂Cr3C2/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Cr₃C₂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Cr₃C₂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Cr₃C₂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。     

碳含量对粗晶硬质合金性能的影响

通过对粗晶合金性能的检测和金相组织的观察,研究了碳含量对粗晶硬质合金性能的影响。结果表明,碳含量对粗晶硬质合金性能有明显的影响;本实验条件下的合金,通过控制较高的碳含量,可得到兼有高硬度和高韧性的粗晶合金。     

纳米及超细复合粉添加对超粗晶硬质合金晶粒长大的影响及机制

在粗颗粒WC/Co混合粉末中分别添加平均粒径为100、250、400nm的WC-8Co复合粉,经球磨混合压坯后在不同温度进行Ar气保护烧结。针对烧结块体的形貌、晶粒尺寸及其分布进行了研究,并分析了复合粉添加对不同烧结阶段WC晶粒长大的影响机理。研究发现,在WC/Co混合粉中加入纳米和亚微米复合粉末均可制备得到超粗晶硬质合金,且添加纳米复合粉烧结的试样平均晶粒尺寸达到9.3μm。烧结初期,纳米和亚微米复合粉通过增加混合粉末的表面能而有效促进WC晶粒长大;当达到液相烧结温度时,添加纳米复合粉的烧结块体中,由于小晶粒具有更大的溶解驱动力,促使小晶粒溶解并在周围大晶粒表面析出,进一步增大烧结块体的晶粒尺寸;添加亚微米复合粉的块体中,小晶粒WC呈集中分布,使其溶解驱动力较小,且析出主要发生在周围细小晶粒之间,达到溶解析出动态平衡,从而使烧结块体的平均晶粒尺寸增长缓慢。     

粗晶铝合金超塑性变形机理的研究现状

介绍了国内外粗晶铝合金超塑性的基本研究情况。对粗晶铝合金超塑性变形机理的研究进行归类总结,主要包括：扩散蠕变机理、伴随扩散蠕变的晶界滑移机理、位错蠕变/滑移机理、液相协调机理、动态再结晶机理、晶粒群滑移机理和空洞连接协调机制。并针对低成本发展铝合金超塑性研究的迫切性,展望了粗晶材料的应用前景。指出了除大晶粒外,高应变速率和低温条件下的超塑性也是目前铝合金变形研究的方向。     

Cr、V、RE添加剂对特粗晶与超粗晶硬质合金微观组织与性能的影响

利用特粗晶与超粗晶硬质合金粗大粘结相平均自由程以及粗大WC原料粉末的特性,研究单一Cr、V以及Cr-RE与V-RE添加剂对特粗晶与超粗晶WC-Co合金微观组织结构、物理力学性能以及合金中Co粘结相纳米压痕力学性能的影响。结果表明,在此合金体系,Cr的加入可使合金保持微观组织结构均匀、WC晶粒粗大以及高韧性的特性,而且可使Co粘结相纳米压痕硬度HV2 mN提升了20.5%;V的加入使合金中WC晶粒大小出现明显两极分化,并显著降低合金韧性;微量混合稀土(RE)对V和Cr在合金中的作用行为影响不显著;合金矫顽磁力、硬度以及Co粘结相弹性模量对合金成分变化不敏感。     

Optimized production route of WC powder pre-alloyed with Ta for fine grained cemented carbides

Powders of hexagonal (W,Ta)C were produced following a two-step carburization process with (W,Ta)₂C powder as an intermediate product. XRD measurements indicate that higher temperatures during the first carburization step increase the fraction of Ta in the (W,Ta)₂C structure where lower temperatures during the second carburization step seems to increase the fraction of Ta in the (W,Ta)C structure. Lower temperatures during the carburization steps increase the fraction of Σ2 WC/WC grain boundaries and cause the formation of what is interpreted as Σ4 boundaries. The (W,Ta)C powders can be successfully used to produce fine grained WC-Co based cemented carbides. The pre-alloying with Ta appears to have a softening effect on the material.     

硬质合金的疲劳与断裂

硬质合金在使用中一般同时承受多重疲劳的共同作用,了解硬质合金的疲劳破坏机理和提高其疲劳性能是硬质合金研究领域的一个重要方向。综述各种硬质合金工具在不同环境中的疲劳破坏情况,概括目前国内外学者对硬质合金疲劳性能的机理的研究进展。同时介绍本课题组在自行改造的疲劳试验机上对硬质合金多重疲劳开展的一些工作。     

基于热、动力学计算模拟研发梯度硬质合金

对于材料研发和过程参数优化来说,掌握材料体系的热、动力学信息并基于CALPHAD(相图计算)方法进行计算模拟是一种强有力且高效的方式.CALPHAD计算结果的准确性在很大程度上取决于热力学和动力学数据库的质量.基于前期建立的热力学数据库(CSUTDCC1)和动力学数据库(CSUDDCC1),对硬质合金研发过程中所关心的...     

The characterization of cemented carbides by automated image analysis

In cemented carbides, important mechanical properties are influenced by the carbide grain size distribution. In this paper, an automated image analysis solution is described using a grain boundary reconstruction routine. In addition to size distribution, grain shape and contiguity were also measured. The largest grains found were validated by visual verification to confirm that they correspond to large individual tungsten carbide grains (and not to clusters of smaller grains). Cobalt percentage, which is also of interest, was also considered.     

Effects of submicron WC addition on structures,kinetics and mechanical properties of functionally graded cemented carbides with coarse grains

Functionally graded cemented carbides (FGCCs) were prepared by pre-sintering and carburizing of carbon-deficient WC–Co cemented carbides. Submicron WC powder with different contents was added in FGCCs with coarse grains to study the influences of microstructures, kinetics and mechanical properties. The results show that the addition of submicron WC can increase the thickness of the gradient layer, and improve the carburizing rate in FGCCs. The average grain size becomes finer with the content of submicron WC increasing. The FGCCs with the addition of submicron WC has a higher grain growth rate, and the grain growth kinetics is proposed to be diffusion-controlled. Meanwhile, a simplified equation for estimating the final average grain size of FGCCs is provided. The hardness and the transverse rupture strength of FGCCs can be efficiently improved by the addition of submicron WC due to the fine microstructures and thick gradient layer.     

Study of solid-state sintered fine-grained cemented carbides

Submicron cemented carbides are most often produced by liquid phase sintering. To retard the grain growth during sintering, these materials are sintered at low temperatures and with addition of grain growth inhibitors, e.g. Cr and V. The common hypothesis is that the sintered material would benefit from a more evenly distributed inhibitor in the WC raw material, in order to control the grain growth during both the solid-state and liquid phase part of the sintering.

Aiming to study the distribution of Cr specifically after solid-state sintering, a Cr-doped WC-powder was mixed with Co and excess of carbon, and subsequently hot-pressed for 1 h and 30 MPa at 1200 °C. This transmission electron microscopy study shows that Cr is concentrated to the surfaces of the WC grains in the sample after mentioned solid-state sintering.