粘结相Co的切变机制及微观结构的研究

本文以工业纯钻粉、钴基合金、硬质合金作为研究对象,分别运用X射线衍射、金相、扫面电镜能谱、EBSD等分析技术,并结合晶体学的相关知识研究了钴的基本特性、微观结构及其切变机制。通过研磨工业纯钴粉,比较分析研磨前后X射线衍射分析结果,定性描述了钻粉的α-Co向ε-Co的转变过程;实验制备了不同固溶W含量的Co基合金,并对合金金相组织及相结构进行了分析;对淬火后的WC-10％Co硬质合金,研究了在不同回火温度、时间工艺参数条件下合金粘结相Co的微观组织结构变化规律及其主要影响因素;通过离子束抛光制样,运用背散射电子衍射（EBSD）技术研究了WC-20％Co硬质合金中的α-Co与ε-Co形貌特征及其分布状态。实验结果表明：α-Co结构的稳定性较差,α-Co向ε-Co的转变的相变驱动力仅几J/mol;固溶W含量对钴基合金中晶粒的孪晶组织有重要的影响,Co基合金中固溶的W含量越多其孪晶组织越少,且α-Co含量越多;硬质合金淬火后回火实验说明硬质合金粘结相Co的8马氏体相变过程既可在较高温度、短时间内形成变温马氏体ε-Co,也可在较低温度、长时间下形成恒温马氏体ε-Co,合金内部组织内应力的释放会引起α-Co向ε-Co的转变;EBSD分析发现硬质合金中粘结相大部分是以α-Co结构存在,ε-Co呈条带状,厚度在2μm以下,长度在6μm左右,主要分布在粘结相与WC相的界面处或较厚钴层的中间部位。文中重点论述了硬质合金ε-Co马氏体的基本特征及其切变机制。     

淬火与深冷处理对YG6硬质合金微观结构与性能的影响

本文以压制烧结合成的YG6硬质合金为研究对象,采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EMPA)及X射线衍射(XRD)检测方法研究了淬火及深冷处理对YG6硬质合金微观结构的影响,并且测量了合金的相关性能,如硬度、抗弯强度及表面残余应力等。结果表明:淬火处理合金中的面心立方α-Co含量提高,W在Co相中的固溶度增加。深冷过程中由于发生Co相马氏体相变使密排六方ε-Co的含量提高,W在Co相中的固溶度降低。YG6硬质合金的硬度、钴磁等性能受到了影响,合金的抗弯强度以及表面宏观残余应力都呈增加趋势。     

粘结相相变机制的研究

为了进一步了解粘结相在硬质合金中松弛应力、协调两相应变状态的作用,本文用透射电镜对Co基合金在不同状态下的微观结构进行了观察研究。结果表明:⒈Co相中常见的结构缺陷主要是层错和孪晶。烧结态下以层错为主,淬火态及回火态则两者并存,且孪晶数量大大增加。⒉冷却时粘结相中发生的马氏体型相变是通过层错形核机制由面心立方α-Co逐渐转变成密排六方ε-Co的,两者的取向关系是:(111)α-Co//(0001)ε-Co,[110]α-Co//[2110]ε-Co。⒊孪晶界阻碍了层错的扩展,不利于马氏体相变的进行,增加了α-Co的稳定性。⒋粗略推断,导致ε-Co开始生成的临界层错密度约为每隔75层原子面插入一层层错面,临界层错间距约为15纳米。     

深冷处理对不同碳含量WC-11Co硬质合金显微组织及性能的影响（英文）

研究深冷处理对不同碳含量WC-11Co硬质合金显微组织和性能的影响。结果表明:经深冷处理后WC晶粒的形状通过球化方式变成具有圆滑过度角的三角菱柱状,但其尺寸无明显变化。在经深冷处理后的合金中,W在Co中的固溶度减小,且Co相发生了从面心立方α-Co到密排六方ε-Co的转变。此外,深冷处理提高了合金的硬度与抗弯强度,但是对于合金的密度与钴磁性能影响不大。     

淬火温度对ZL40.5硬质合金微观组织结构的影响

传统硬质合金中硬度和韧性是难以兼得的一对矛盾体,而通过热处理改善WC-Co硬质合金结构与性能则可获得具有优异综合性能的硬质合金。本文以压制烧结制成的ZL40.5硬质合金为研究对象,在1 050～1 300℃范围内进行油性介质淬火,采用扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等检测方法研究了淬火温度对ZL40.5硬质合金微观组织结构的影响。结果表明:淬火过程中WC晶粒尖角溶解,形貌变得圆钝;随淬火温度升高,Co相体积分数升高,WC晶粒尺寸、邻接度略有降低;W、C原子在Co中的固溶度随淬火温度增加而增加,进而使室温下保留的α-Co含量随之增加,淬火温度在1 250℃时具有最佳结构参数。     

淬火处理对硬质合金性能的影响

硬质合金往往不能同时兼备高的硬度和高的韧性,而淬火处理可以在不降低硬度的同时提高硬质合金的韧性。通过X射线分析研究了淬火处理以后C0相的变化规律及合金表层应力的变化情况。采用电解脱溶的方法分析了淬火处理以后Co相中α-Co的含量,通过TEM分析,观察了WC棱角的情况和Co相的微观结构,分析发现,经淬火后,WC棱角普遍变为圆滑状,Co相层错密度减小,从而,有效的抑制了α-Co向ε-Co的转变,提高了硬质合金的强度和韧性。     

热处理对超细晶WC-15Co-0.2VC-0.4Cr_3C_2组织和性能的影响

分析了淬火和回火对WC-15Co-0.2VC-0.4Cr3C2超细晶硬质合金力学性能、微观组织及相结构的影响。研究发现,1 050℃淬火后横向断裂强度(TRS)由烧结态的4 020 MPa提高到4 590 MPa。TEM观察发现WC晶变得圆整,XRD分析显示高温淬火后的试样中塑性粘接相α-Co的含量明显高于烧结态,这使得合金的横向断裂强度显著提高。淬火后低温回火时消除淬火残余应力,TRS进一步提高,但回火温度高于300℃后TRS值下降,原因是高温回火时塑性粘结相α-Co转变成为ε-Co。     

WC—Co硬质合金的γ相

研究了WC-Co硬质合金γ相的形貌和结构特征,讨论了γ相的同素异构转变过程,提出了γ晶粒和γ晶畴的不同概念:γ晶畴是合金冷却过程中未转变的残余fcc型β-Co晶粒,γ晶畴的基体主要是以扩散方式转变的产物,即hcp型的α-Co;γ晶粒的轮廓与高温下固相形成时初生的β-Co晶粒一致。γ晶畴的数量和分布与合金的冷却速度等因素有关,并对合金的性能有明显影响。     

测定硬质合金中钴相相组成的X射线衍射法

采用 X射线衍射理论推导出简易计算公式 ,可以快速准确便利地测定硬质合金中钴粘结相的相组成 ,即测量钴相中的两种同素异构体α- Co(fcc)和ε- Co(hcp)的相对含量。以 YG15硬质合金为例 ,测量经 12 0 0℃油淬热处理前后的钴相的相组成 ,发现几乎全部由α- Co组成 (占体积的 96 .3% )     

油淬温度对YG11C和YG20C硬质合金组织及性能的影响

本文研究了油淬温度对YG11C和YG20C硬质合金组织及性能的影响。将两种合金在1 000~1 250℃下进行油淬热处理,并于500℃回火,分析了油淬后合金的性能、Co相结构和成分、微观结构和WC晶粒三维形貌。研究结果表明:油淬热处理对YG11C和YG20C合金的密度、硬度和矫顽磁力影响较小,合金的钴磁随油淬温度的升高逐渐降低;油淬热处理不会改变WC的平均晶粒尺寸,但是WC晶粒的三维形貌随油淬温度的升高更加圆钝;随油淬温度的升高,合金中的ε-Co(hcp)含量不断降低,α-Co(fcc)含量不断增加,α-Co(fcc)的峰位也不断偏移,固溶在Co相中的W含量不断增加,Co原子的晶格常数也不断增加;油淬热处理效果与合金的Co含量呈有关,同一油淬温度下,YG20C性能的提升要高于YG11C,YG11C经1 000~1 200℃油淬后,抗弯强度略有提高,冲击韧性略有降低,1 250℃油淬后,抗弯强度略有降低,冲击韧性进一步降低;YG20C经1 000~1 250℃油淬后,抗弯强度和冲击韧性均提高,并在1 200℃达到最大值;YG11C和YG20C的油淬温度均不应超过1 200℃。     

淬火回火热处理对WC-25%Co硬质合金组织与性能的影响

本文选用钴含量25%的WC-Co硬质合金,在1 250℃,真空条件下,对合金进行淬火,并于500℃回火,研究了淬火回火热处理对WC-25%Co硬质合金组织与性能的影响。研究结果表明,经1 250℃真空淬火并于500℃回火后,合金粘结相Co中面心立方结构α-Co的含量趋近于100%,WC平均晶粒尺寸保持不变,而WC晶粒邻接度明显减小,粘结相Co中固溶的W原子数量显著提高,裂纹的萌生和扩展受到抑制,合金的韧性获得改善。热处理后合金的矫顽磁力值和钴磁降低,合金中出现了明显的细小孔洞,其密度和硬度略微降低,但是合金抗弯强度由3 300 MPa提高至3 500 MPa。     

铸造TiAl—W—Si合金的组织转变

研究了热处理及合金元素Ｗ对ＴｉＡｌ合金显微组织的影响,探讨了该合金随温度变化发生的相转变规律。１３００℃热处理时部分溶解的层片组织在随后冷却过程中由α固溶体形成细的层片晶团,而未溶解部分则发生连续和不连续长大而粗化。随着Ｗ含量的增加,不但有序β相增加,而且以多种形态出现,同时层片组织不稳定,易产生双态组织。从合金加热到熔化,再冷却至８００℃的差热分析,结合显微组织的研究,得出该合金的相转变规律为：     

矿用硬质合金材料的发展动向

本文简要介绍了近年来发展起来的，或者在正在发展形成中的几种矿用新型硬质合金。作者认为，具有低生产成本、显著效益与重要战略意义的铁、镍代钴新粘结剂硬质合金，具有较好综合性能与较高使用寿命的非均匀硬合金，加稀土硬质合金、以蓝钨为原料的硬质合金、经热处理的硬质合金、加稀土硬质合金，以蓝钨为原料的硬质合金、经热处理的硬质合金及无孔隙硬质合金等，作为矿山工具新材质，在今后若干年内将会有较大的发展。     

网状结构硬质合金界面钴相扩散过程研究

网状结构硬质合金是一种具有新型微观组织结构的硬质合金复合材料,而界面钴相梯度控制是网状结构硬质合金研究的关键技术。本文以YG20C作为网状合金的基体、YG6X作为团粒制备网状硬质合金试样,结合SEM、EDS等检测手段,研究烧结温度与保温时间对界面钴相扩散的影响。并通过相图计算、第一性原理等理论计算方法对钴相扩散的过程进行进一步研究证明。结果表明,当烧结温度高于1 340℃时,即使很短的保温时间界面钴相也很容易扩散均匀,当温度低于1 320℃,即使延长保温时间,核壳组织两边的钴相含量没有明显的变化,即界面钴相扩散受到了抑制。实验结果与理论计算相符合。     

钼含量对Ti（C，N）-Co金属陶瓷抗热震性能的影响

采用真空烧结工艺,以纳米TiN、亚微米TiC等陶瓷粉体作原材料,以金属钴作粘结剂,并添加不同含量钼,制备了Ti（C,N）-Co金属陶瓷。采用扫描电镜研究了Ti（C,N）-Co金属陶瓷的组织,测量了力学性能,采用压痕．急冷法研究了抗热震性能。结果表明,随着热震温度的升高和热循环次数的增加,金属陶瓷中的裂纹增长;钼含量较低的Ti（C,N）-Co金属陶瓷抗热震性能较好。     

淬火温度对不同钴含量中、粗晶粒硬质合金组织与性能的影响

本文采用经典硬质合金生产工艺制备钴含量15%、20%和25%(质量分数)的中、粗晶粒硬质合金,并在不同的淬火温度下对其进行淬火回火热处理,研究淬火温度对合金显微组织及性能的影响。结果表明:淬火温度为1 150~1 290℃时,热处理后钴含量为20%和25%的中、粗晶粒硬质合金孔隙数量明显增加,淬火温度越高,孔隙数量越多;在相同淬火温度下,钴含量25%的合金比钴含量20%的合金的孔隙增加更严重;热处理后合金密度降低,淬火温度越高,降幅越大;硬度值亦降低,但降幅随着淬火温度的升高而减小。钴含量为15%的中、粗晶粒硬质合金经热处理后孔隙无明显变化,合金密度和硬度值升高,升幅随着淬火温度升高而增大。在钴含量相同时,中晶粒硬质合金在淬火温度为1 200℃和1 250℃时,比粗晶粒合金孔隙增加更明显。钴含量15%、20%、25%的中、粗晶粒硬质合金经淬火回火热处理后,合金钴磁和矫顽磁力均降低,钴磁降幅随着淬火温度的升高在1 250℃以前变化甚微,当淬火温度达到1 290℃时,钴磁降幅明显增加;在本实验条件下,淬火温度对合金矫顽磁力降幅无显著影响。     

WC—Co硬质合金中钴相的磁性研究

在测定了室温下相应于六方型α-Co 和立方型β-Co 的比饱和磁化强度(4πσ)的基础上,探讨了钨和碳的固溶对钴的4πσ的影响规律;按照 WC-Co 硬质合金中粘结相成分制备了 Co-W-C 固溶体模拟合金,并讨论了成分和结构对其4πσ的影响。指出在测定 WC-Co 硬质合金的4πσ时必须考虑钴相的结构因素。     

超细WC-Co硬质合金及其磨损性能研究

采用低温化学镀方法在超细WC颗粒表面进行金属钴包覆,烧结包覆后的复合粉体制备新型硬质合金NYG（WC-3%Co）.研究了超细WC-Co硬质合金的力学性能、断口形貌和显微结构,在销盘式磨损试验机上进行干滑动磨损实验.结果表明,在硬质合金烧结过程中,沿WC晶界均匀分布的金属钴不仅起粘结剂作用,也起抑制剂作用阻碍晶粒的长大;新型硬质合金的抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性能均得到较大提高;在干滑动摩擦条件下,新型WC-Co硬质合金的失效以塑性变形及细小碳化钨相颗粒脱落为特征.     

铜基焊料对浸渍烧结TC轴承中硬质合金性能的影响

本文研究两种不同成分的铜基焊料对硬质合金物理性能的影响,以及快速冷却对轴承质量的影响,将硬质合金块粘接在金属表面,缝隙填满铸造WC颗粒,浸渍焊料成分为Cu-Ni-Mn-Zn,焊剂采用301铜气焊剂,在台车炉内进行浸渍烧结。检测了烧结前后硬质合金的物理性能,通过能谱线扫描、面扫描检测了铜基焊料和硬质合金在浸渍烧结工艺过程中,W、Co、Fe、Ni、Mn、Cu等元素的扩散情况,试验结果表明:采用高镍低锌铜基焊料烧结TC轴承时,硬质合金性能下降较少,而采用低镍高锌铜基焊料时,硬质合金性能下降比较严重;硬质合金晶粒越细,烧结后性能下降越大,钴磁及矫顽磁力均下降到一半以下,硬度与密度都有不同程度的下降。在烧结后快速冷却时,合金会出现横向裂纹和掉块。     

梯度硬质合金梯度层形成的计算机模拟及验证

结合相图热力学计算,使用DICTRA软件计算模拟Co-W-Ti-C-N、Co-W-Ti-Nb-C-N和Co-W-Ti-Ta-C-N体系梯度硬质合金梯度层形成过程,对比计算模拟和实测的梯度硬质合金中Co含量的距离变化曲线。通过分析各相体积分数及组元成分随距离的分布研究烧结时间、烧结温度、Co含量和Ti含量对梯度层厚度的影响。结果表明:计算模拟与实验数据吻合较好。延长烧结时间、升高烧结温度和增加Co含量均会促进梯度层厚度的增加,而增加Ti含量则会抑制梯度层厚度的增加。