高性能矿用硬质合金截齿的开发

本文对比外国先进产品的合金性能,通过WC原料的分级处理、原料粉末和石蜡交替加入的湿磨工艺、压团制粒及振动筛分的混合料粒度控制技术,制备出了同国外产品物理性能一致的矿用硬质合金截齿,并通过梯度技术,在合金齿表面形成了约1.5 mm厚的梯度层,在合金韧性不降低的情况下,使合金的表面硬度达到了HRA87.5。从而提高了合金表面的耐磨性,又保持了合金整体韧性,很好的解决了合金耐磨性与韧性之间的矛盾,并在美国Arizona工地进行了现场测试。测试结果表明,在同等条件下,JCK1-FG合金的使用寿命较国外合金提高了约32%,达到了理想的效果。     

采煤机截齿复合渗硼替代焊接硬质合金

金属渗硼层具有良好的抗磨性和红硬性,不足之处是脆性较大[2]。一方面是由于金属渗硼层较薄(通常为30～150μｍ左右),而其线膨胀率与基体差别大,一旦受力、受热,容易剥落;另一方面由于金属渗硼层硬度太高(尤其是ＦｅＢ可达2200～2400ＨＶ),一旦受到冲击就可能发生崩落。倘...     

采煤机镶铸硬质合金截齿的试验研究

通过正交实验,确定镶铸截齿的材质成分和性能相互影响规律,特别是冲击性能和硬度的关系,获得具有较佳综合性能的成分配方.采用镶铸工艺,使硬质合金与截齿体之间产生熔合层,解决了硬质合金与截齿体之间的结合问题.该方法简化了采煤机截齿制造工艺,降低成本,并显著提高了使用寿命.     

采煤机截齿用WC—Co合金的磨损,强度与断裂

综述了采煤机截齿用ＷＣ－Ｃｏ硬质合金的磨损行为与机理、影响抗弯强度的各种因素、断裂韧性与粘结相平均自由程的关系以及断裂的不同方式。认为磨粒磨损、冲击疲劳和热疲劳是截齿的主要失效形式，并指出硬质合金中ＷＣ晶粒的邻接度、晶粒尺寸以及粘结相结构的控制是目前提高截齿寿命的主要方向。     

WC-Co硬质合金冲击疲劳行为的研究

利用实验室自制的调温、调频、调载冲击实验机对3种组织成分的WC-Co硬质合金进行了不同实验条件下的冲击疲劳试验,研究了组织成分及实验条件对硬质合金冲击疲劳寿命的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)及透射电镜(TEM)重点分析了疲劳过程中硬质合金微观组织的变化。结果表明:硬质合金的冲击疲劳寿命随试验温度和冲击能量的升高而下降,且随着冲击能量和试验温度的提高其疲劳敏感性增大。WC-Co合金的冲击疲劳断裂主要是以WC/WC界面和粘结相开裂为主,裂纹沿WC/WC和WC/Co界面及在Co相中扩展。随冲击次数的增加WC中位错数量增多并相互缠结,同时Co相发生面心立方-堆垛层错-密排六方的马氏体转变。     

硬质合金疲劳性能研究进展

疲劳是影响硬质合金服役性能的主要因素之一,认识硬质合金疲劳失效机理及改善疲劳性能是目前硬质合金研究的重要方向。本文介绍了国内外硬质合金疲劳性能的研究动态,综合叙述了硬质合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为,疲劳裂纹通常萌生于孔隙、微裂纹、钴池、异常长大的WC晶粒等缺陷处,从应力比、温度、腐蚀环境、化学成分及微观组织等方面分析了各因素对疲劳裂纹扩展行为的影响。总结了改善硬质合金疲劳性能的主要方法,通过提高粘结相含量、增加WC平均晶粒尺寸、添加Ni、Cr元素、热处理等可以有效提高合金疲劳性能。硬质合金在服役过程中需要承受热疲劳、机械疲劳、腐蚀疲劳等多种疲劳,接近真实服役状态下的多重疲劳机制耦合作用的疲劳性能还有待深入研究,对硬质合金疲劳性能测试评价的方法和理论还需要进一步完善。     

钢结硬质合金GJW50热疲劳开裂的探讨

对钢结硬质合金GJW50试样进行了冷热循环实验,观察了试样在热应力作用下热疲劳裂纹的萌生、扩展以及试样开裂的全过程。结果表明:热疲劳裂纹出现前,在试样的光滑缺口边缘上产生了明显的塑性变形,呈现出凹凸不平。在试样缺口顶端的凹坑内萌生首条裂纹,萌生地是小颗粒的WC粒子集聚区或大颗粒的WC"自裂纹"。萌生的首条裂纹沿着与热循环方向平行的方向扩展,最终成为主裂纹。其扩展途径主要为沿WC聚集区和钢基体相的界面扩展以及在大面积的WC粒子聚集区内扩展。主裂纹遇到钢基体相后受阻,裂纹尖端钝化、转向,寻找耗能少的区域扩展。主裂纹在扩展时形成二次裂纹,但未形成明显上的龟裂;最终,仍然是主裂纹导致试样断裂。     

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。     

硬质合金冲击疲劳行为的研究

本文综述了国内外有关硬质合金冲击疲劳行为的研究进展,旨在认识和揭示硬质合金在反复冲击载荷作用下的失效和断裂机理。重点总结了实验室中常用的硬质合金冲击疲劳性能评价方法,包括应力法和能量法;从WC平均晶粒尺寸、粘结相种类及含量、C含量、合金元素(Cr、V、Ta等)、腐蚀介质等方面分析了微观结构和服役环境对硬质合金冲击疲劳性能的影响;从裂纹的萌生、扩展及断裂方面阐述了硬质合金的冲击疲劳断裂机理。服役条件下的硬质合金往往不是受到单一的冲击作用,而是多种因素(载荷、温度、腐蚀介质等)的联合作用,今后有必要开展这方面的研究;另外硬质合金在冲击过程中的组织演变机理还不清楚,研究者可借助更为先进的手段(例如透射电镜原位观察等)对硬质合金的微区进行研究;此外研究者可以在总结试验数据和规律的基础上构建理论及数学模型并借助计算机软件对硬质合金的冲击过程进行动态模拟。     

C—Si—Mn—B贝氏体钢的疲劳裂纹扩展特性

本文研究了C－Si-Mn-B贝氏体钢的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,在强度相近的情况下,含1．8％Si钢的门槛值△Kth较0．6％Si钢的低,而且钢中的残余奥氏体对提高△Kth值并非有利。1．8％Si钢的△Kth值随钢的屈服强度降低而提高,然而450℃回火后,虽然△Kt提高,但裂纹扩展速率也显著提高,这表明450℃回火贝氏体脆性促进了疲劳裂纹的扩展。在应力强度因子较高的范围内,疲劳裂纹扩展速率受钢的断裂韧性影响,断裂韧性高,裂纹扩展速率低。     

飞机主承力构件疲劳裂纹萌生和扩展的声发射评价

讨论了利用声发射(AE)监测飞机关键部位疲劳裂纹形成和扩展的意义、可行性以及应当注意的问题.提出利用多参数识别和相关技术从高背景噪声中获取裂纹扩展所产生的声发射信号,并曾在疲劳试验过程中多次成功预报了飞机一些主承力构件的疲劳裂纹萌生和扩展.     

316L不锈钢在模拟人体体液中腐蚀疲劳裂纹的产生和扩展

研究了人工关节常用材料316L不锈钢在人体模拟体液（Hank’s溶液）中腐蚀疲劳裂纹的产生和扩展过程。结果表明，材料在该溶液中具有孔蚀倾向；遭受侵蚀的晶界具有应力集中的缺口效应，在疲劳应力和腐蚀介质的联合作用下产生了腐蚀疲劳裂纹；腐蚀疲劳裂纹的扩展至沿晶伴穿晶的混合型扩展。     

环境促进开裂中裂纹扩展速度的测定方法述评

文中综述了环境促进开裂中几种有代表性的裂纹扩展速度的确定方法及有关模型,并对这些方法和模型的使用范围及其优缺点进行了分析和评价。     

9Cr与CrMoV异种焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值研究

裂纹扩展抗力是材料的内在属性,Paris的重要贡献是将ΔK引入疲劳裂纹扩展的研究,表明疲劳裂纹扩散的控制参数是应力强度因子ΔK。本试验异种焊接接头采用钨极氩弧焊(TIG)进行打底焊接,而后采用埋弧自动焊进行多层多道焊接,焊后进行相应的回火处理,之后随炉自然冷却。实验材料为9Cr钢母材、Cr Mo V母材和两侧的热影响区及焊缝区。按照降K法进行测试,应力比分别设定为0.5、0.7、0.9,在近门槛值区域进行多次测量,通过线性回归法拟合出直线方程,由此计算出疲劳扩展门槛值,可反映该焊接条件下9Cr与Cr Mo V异种材料接头的疲劳裂纹扩展行为。     

夹杂物对超高强度钢低周疲劳裂纹萌生及扩展影响的原位观测

采用扫描电镜原位观测了数微米大小夹杂物对超高强度钢疲劳裂纹萌生及扩展的影响,并用有限元法解释了夹杂物尺寸和形状对疲劳裂纹萌生及初期扩展的影响程度,得到了超高强度钢低周疲劳裂纹萌生与扩展特性和夹杂物对疲劳破坏的关键尺寸的估计值．同时,讨论了现行实验方法对确定铁基材料裂纹扩展速率的作用．     

环境对AISI321不锈钢疲劳裂纹扩展过载效应的影响

研究了3．5％NaCl溶液对恒应力强度因子范围△K控制下AISI321不锈钢疲劳裂纹扩展过载行为的影响．与在空气中的结果比较表明，两种条件下存在相似的过载延缓效应，但是环境极大地削弱了过载对疲劳裂纹扩展的延缓效应，削弱程度随过载比不同而变化，以“损失循环数”表征约为40％-70％，以“过载影响区尺寸”表征则为30％-40％．分析表明，用“损失循环数”表征过载对裂纹扩展的延缓效应不够充分，无法区分环境对裂纹闭合的削弱和增强作用，“过载影响区尺寸”可以区分环境对过载塑性形变增强裂纹闭合的综合影响．对断口的SEM分析发现，过载造成的塑性形变在溶液中比在空气中受到更多的磨损，表明环境对过载延缓效应的削弱除了对裂尖的影响外，还包括对过载导致的塑性诱发裂纹闭合的影响．     

马氏体与贝氏体组织GC—4超高强度钢的腐蚀疲劳裂纹扩展

本文研究了马氏体组织与贝氏体组织４０ＣｒＭｎＳｉＭｏＶＡ（ＧＣ－４）超高强度钢的腐蚀疲劳（ＣＦ）裂纹扩展特性及机理。结果表明，不显微组织状态下，ＧＣ－４钢在３．５ＮａＣｌ溶液中的ＣＦ裂纹扩展曲线上，都出现了类似于应力腐蚀的平台区，而且马氏体组织ＧＣ－４钢的平台区裂纹扩展速度远大于贝氏体组织。断口分析与理论研究表明，氢脆在ＧＣ－４钢的腐蚀疲劳中起重要作用。     

WC颗粒增强铜基合金覆层用钎料的研究

研制了一种新型钢用WC颗粒增强铜基合金覆层用的CuMnNiCr多元铜基钎料,对该钎料的熔化特性、钎料组织、钎焊工艺及力学性能进行了研究,并通过优化的钎焊表面合金化工艺,在普通铸钢件表层制得了WC颗粒增强铜基合金耐磨覆层.研究结果表明,与普通的CuZnNi、CuMnNi合金钎料及NiCrBSi高温自熔合金钎料比较,CuMnNiCr多元合金钎料由于多种强化机制而具有优良的综合力学性能.此外,该钎料还具有优异的钎焊冶金特性、致密的冶金结合界面以及较高的界面结合强度.使用该钎料制备的复合覆层具有良好的综合性能.SEM,EDS及XRD分析表明:该复合覆层与钢母体结合牢固;覆层内合金基体与WC颗粒形成了冶金结合,WC的体积分数可达54%,复合覆层组织由α-Cu固溶体基体、α-Cr与MnNi弥散硬化相及WC硬质相组成.磨损实验证明,该覆层的耐磨性远优于30MnSiTi马氏体低合金钢.     

TiB2颗粒增强ZA—8锌合金的显微组织与疲劳裂纹扩展行为的关系

研究了ＴｉＢ２颗粒增强ＺＡ－８锌合金复合材料和基体材料和疲劳裂纹扩展行为与显微组织，断口的关系，结果表明：所研究复合材料的抗疲劳裂纹扩展能力优于基体材料，尤其在小裂纹阶段，其原因为：增强粒子与裂纹尖端的相互作用降低了裂纹尖端的应力强度；增强粒子与基体良好的界面结合力。