碳化钨钢结硬质合金GJW50的微观组织分析

本文研究了碳化钨钢结硬质合金GJW50的微观组织。在电镜下观察到硬质相WC晶粒边界的溶解迹相和晶粒内的位错以及不同热处理状态钢基体的组织形态;通过x-射线物相分析结果表明,退火态合金的主要相是WC、α-Fe、M_3C和M_6C型复合碳化物;淬火高温回火态的主要相是WC、α-Fe和M_6C型复合碳化物;用扫描电镜和电子探针微区相成份分析结果证明,硬质相WC晶粒有局部溶解于钢基体,并发现GJW50合金组织中存在有“贫铁”和“富铁”两种类型的硬质相。     

磁场烧结硬质合金强化机理研究

将磁场烧结新工艺以及常规烧结工艺制备的两类WC-Co硬质合金样品,进行电解腐蚀后,采用X射线衍射技术,对其粘结相中的C,W含量以及马氏体相对含量进行了测定。发现:磁场烧结合金粘结相中溶入的C,W原子较少,而其粘结相内马氏体含量较高。分析认为:主要由于均匀磁场的存在,使高温顺磁Co原子间交换耦合加强,妨碍了C,W原子与Co的结合,从而,溶解度降低。其效果是,改善了粘结相的润湿性和流动性,促进合金致密化,降低WC间邻接度;另一方面,使WC颗粒保持较锐利的棱角。这是磁场烧结提高合金性能的重要原因。     

等离子原位冶金快速制备钨基硬质合金的研究

钨基化合物(WC、W2C等)因其优异的性能在切削和耐磨材料领域得到广泛的应用。在采掘机截齿齿体(20CrMnTi)的齿顶孔内采用等离子原位冶金法成功制备了钨基硬质合金刀头,分析了刀头的微观组织、成分、相组成及显微硬度,结果表明刀头合金的相组成包括WC、W2C、M6C(Fe3W3C-Fe4W2C)、Cr7C3、(Fe,Cr,Ni)3C和-γFe等,平均显微硬度为1 254 HV,最高相硬度达到1 987 HV。     

铁镍代钴新型硬质合金的组织和性能

研究了热处理对粘结剂质量分数为１０％的ＷＣ－（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）合金组织和性能的影响，结果表明：淬火－回火过程中，硬质相ＷＣ的形态、大小和分布基本上没有变化，但粘结相的结构有变化；烧结态粘结相为马氏体和少量残留奥氏体组成；淬火处理使烧结态合金中的残留奥氏体量减小；淬火后回火，粘结相中出现逆转变回火奥氏体；随回火温度升高，逆转变回火奥氏体增加。文中还讨论了烧结态粘结相中马氏体的形成和逆转变回火奥氏体产生的原因，以及不同回火处理态合金中逆转变回火奥氏体与合金性能的关系。     

WC-Ti(C, N)-Co梯度硬质合金表面韧性区的形成机理

从动力学的角度分析WC—Ti（C，N）-Co硬质合金在液相烧结过程中表面韧性区的形成机理。借助金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和切削实验研究表面韧性区梯度硬质合金的微观结构和性能。研究结果表明：由于N原子与Ti原子之间强烈的热力学耦合作用，N原子和Ti原子在液相烧结过程中朝相反的方向迁移，在合金表面形成缺立方相碳化物的韧性区；与合金内部的WC晶粒相比，韧性区内WC晶粒度更细，晶体取向发生改变；刃口附近前、后刀面的表面韧性区的厚度呈现梯度变化；在合金内部存在环形相结构的立方碳化物；表面韧性区使合金的强度提高，使涂层刀片的抗冲击性能提高1.6倍。     

磁场淬火处理对硬质合金组织和性能的影响

采用X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相(OM)、横向断裂强度、维氏硬度以及矫顽磁力测试等分析手段,研究YG6(WC-6%Co)及YN6(WC-6%Ni)合金在磁场淬火处理后的性能变化规律。研究的条件为:样品在(1 100±5)℃下保温20~25 min,在脉冲磁场强度2 T下淬火15 min后再(500±5)℃回火3 h;此外对YG6合金进行常规淬火比较。研究结果表明:磁场淬火可使YG6合金维氏硬度提高3%、横向断裂强度提高18%、冲击韧性提高24%、矫顽磁力提高25%;而YN6合金横向断裂强度提高5.9%,冲击韧性提高6.9%,维氏硬度和矫顽磁力无明显变化。磁场淬火使钴基硬质合金的黏结相中α-Co含量提高,W和C在黏结相中的固溶度增加,WC晶粒棱角趋于圆滑;同时,磁场引起钴基硬质合金中WC晶粒出现锯齿状形貌并偏转为有序方向排列,是合金性能改善的主要原因。     

(Ti_(1-x),W_x)C基金属陶瓷制备、组织与性能

采用碳热还原法制备了不同W含量的(Ti1-x,Wx)C固溶体(摩尔分数x=0.00,0.07,0.17,0.32),研究了反应温度对产物的物相组成和(Ti,W)C粉末特性的影响,并以(Ti1-x,Wx)C为硬质相制备了(Ti1-x,Wx)C-20Ni金属陶瓷,对其组织和力学性能进行表征.结果表明:随着温度升高,TiO2和WO3被逐步还原并碳化;(Ti1-x,Wx)C固溶体粉末的晶粒尺寸和晶格参数均随W含量的提高而降低;(Ti1-x,Wx)C基金属陶瓷组织中无明显芯/环结构,随着W含量的提高,陶瓷晶粒细化、孔洞数量减少、组织更均匀;当W含量为x=0.17,0.32时,其综合力学性能较好.     

原位自生(Ti;W)C颗粒增强铁基复合材料的组织研究

采用中频感应电炉熔炼Fe-W,Fe-Ti和Fe-C合金,通过控制熔炼温度、熔炼时间获得了(Ti,W)C/Fe复合材料,采用扫描电镜分析了复合材料的微观结构,利用X射线分析了相组成.结果表明,提高熔炼温度或延长熔炼时间可保证熔体中(Ti,W)C的充分形成,同时通过适当提高冷却速率可获得(Ti,W)C作为惟一增强相的Fe基复合材料.(Ti,W)C比较均匀地分布在熔体中,减小与熔体间的密度差,因此可获得比较均匀的凝固组织.     

NiAl-Cr(Mo)基共晶合金显微组织与力学性能的研究

通过在NiAl-Cr(Mo)合金中添加Ti、Hf 、Nb、W难熔金属研究其铸态合金、经热处理后和定向凝固合金的显微组织和力学性能.研究结果表明,铸态合金中存在4个相,即NiAl 相,α-Cr固溶体,Cr2Nb相和 Ni2Al(Ti,Hf) 相,其高温强度得到提高,在1100℃的屈服强度是467MPa,室温压缩塑性是17.87% ;经处理后的铸态合金和定向凝固合金中无Cr2Nb相,转变为富含Hf的(Hf,Ti,Nb)相;定性凝固合金的屈服强度优于铸态合金,其断裂韧性比铸态合金提高31%.     

纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化

采用在不同温度下真空烧结和X射线衍射研究纳米Ti(CN)基金属陶瓷在烧结过程中的相成分演变。研究结果表明:纳米Ti(CN)基金属陶瓷在900℃后,Mo2C和TaC由于扩散而发生固溶反应;在1 200℃前,Mo2C和TaC固溶反应结束,两相均消失;WC在1 100℃后,开始由于扩散而发生固溶反应,在1 250℃前消失;在1 250℃后,合金中只有Ti(CN)和Ni(Ni Co)两相存在;与纳米Ti(CN)基金属陶瓷不同,微米Ti(CN)基金属陶瓷中的WC在1 200℃后,由于扩散而发生固溶反应,在1 300℃消失;纳米Ti(CN)基金属陶瓷在固相反应完成之前,随着烧结温度的升高,硬质相和粘结相的晶格常数增加。     

Ti(C,N)基金属陶瓷中包覆结构的研究

利用先进的微观分析手段对Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）基金属陶瓷中Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）的包覆结构进行了较系统的研究,研究结果表明：在硬质相颗粒的周边,Ｔｉ和Ｎｉ元素具有明显的成分梯度,Ｗ和Ｍｏ元素主要集中分布于硬质相颗粒的包覆层中,并且其分布规律相似;Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）芯与粘结相Ｎｉ之间存在的包覆层是一种过渡相,它改善了Ｎｉ对碳化物的润湿性,使粘结相与硬质相能较好地结合．     

Co－W－C固溶体比矫顽磁力

模拟硬质合金Ｃｏ基胶结相的成分制备了二元Ｃｏ－Ｗ、Ｃｏ－Ｃ固溶体和三元Ｃｏ－Ｗ－Ｃ固溶体模拟合金，探讨了固溶成分影响比矫顽磁力Ｈｓｃ的规律．结果表明，Ｗ和Ｃ的固溶可分别提高和降低其Ｈｓｃ，影响程度随固溶度增加而加剧；由于Ｃ对Ｈｓｃ的影响较Ｗ更为强烈，导致Ｃｏ－Ｗ－Ｃ固溶体模拟合金的Ｈｓｃ低于纯Ｃｏ．     

WC晶粒度不同的双层硬质合金中的梯度结构

以晶粒度不同的2种WC粉末为原料,制备双层硬质合金试样.研究结果表明:在试样的层界面附近,出现过渡显微组织,其WC晶粒度、硬度呈现梯度分布,细晶层一侧的WC晶粒粗化,Co相平均自由程增大,硬度下降;粗晶层一侧的硬度上升;合金两侧的WC颗粒均处于非平衡状态.液相烧结时,界面两侧都有从外界吸入液态钴相以便使WC颗粒达到平衡状态的趋势,由于溶解-析出机制的作用,细晶侧的WC颗粒溶解后通过界面在粗晶侧的WC颗粒上析出,从而使粗晶侧的WC长大并达到平衡状态;与粗晶侧的WC相比,细晶侧的WC颗粒处于更加不稳定的状态,因此,粗晶侧的液态钴相流向细晶侧,使细晶侧的WC骨架发生重组而达到稳定状态.     

纳米复合Ti(C,N)基陶瓷烧结晶粒长大的特性

利用材料热力学原理，推导出纳米复合Ti(C，N)基金属陶瓷烧结过程中，晶粒生长速度与大、小颗粒半径之间的关系，并结合实验结果进行了分析．结果表明：纳米复合金属陶瓷在烧结的开始阶段，大晶粒的长大速度呈加速趋势，当大晶粒长大到一定程度时，其长大速度达到最大值，随后，速度逐渐减慢．采用放电等离子烧结、脉冲烧结等方法有可能进一步减小小颗粒的半径．Mo、WC、TiN的加入，抑制了沉淀—析出过程的进行，对晶粒的长大有一定的抑制作用．     

功能梯度金属陶瓷刀具磨损机理研究

利用真空烧结工艺和表面氮化处理工艺,制备了功能梯度Ti(C,N)基金属陶瓷可转位刀片.与通用硬质合金刀具进行了正火态45#钢的对比切削试验,并利用SEM、EPMA对自制刀片的磨损机理进行了分析.结果表明:与TN20、YT15相比,自制刀具皆表现表现出较优的切削性能和较高的耐磨性.表面氮化处理后刀具的表面硬度提高,大幅度的提高了刀具的抗热冲击性能和耐磨性能.功能梯度金属陶瓷刀片的磨损机理为粘附磨损.     

淬硬钢的金属陶瓷刀具车削加工

利用热压烧结法制备了微米/纳米复合Ti(C,N)/Al2O3陶瓷刀具,采用CA6140车床、电子显微镜和扫描电镜研究了微米/纳米复合Ti(C,N)金属陶瓷刀具(编号为:JT1-JT3)切削45淬硬钢的切削性能和显微结构,和硬质合金刀具YT14及陶瓷刀具LT55、SG-4进行了对比.结果表明,所研制的刀具适合于切削45淬硬钢,切削性能优于YT14.分析了刀具的磨损形貌和磨损机理,新型Ti(C,N)金属陶瓷刀具的主要磨损机理为后刀面磨粒磨损和氧化磨损.采用金属陶瓷刀具车削工件,可以实现以车代磨,不但质量得以保证,而且可以降低成本.     

用Mo＋C和W＋C双离子注入H13钢制备表面优化复合层的研究

首次给出了Ｍｏ＋Ｃ和Ｗ＋Ｃ双离子注入Ｈ１３钢合成优化表面层机理的研究结果，包括表面薄碳膜和弥散硬化层的形成。电镜中观察到这些离子注入时晶粒细化和密集位错的出现，同时在晶界间析出相以ＭｏＣ为主，在晶界内析出相则以Ｆｅ２ＭｏＣ和ＭｏＣ为主；这将使晶界强化和位错强化效果增强。Ｘ射线衍射分析表明，注入层中出现了弥散的ＦＥ２Ｃ，Ｆｅ５Ｃ２，ＦｅＭｏ，Ｆｅ３Ｍ０２，ＭｏＣ，ＭｏＣｘ，Ｍｏ２Ｃ，Ｆｅ２ｗ，Ｆｅ７Ｗ６，ＷＣ和Ｗ２Ｃ相。由于这些弥散相的存在使注入层硬度和抗磨损效果均有明显的提高。首次用俄歇分析观察到表面有一层碳膜存在，这将引起表面的自润滑效果。