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材料学专业 硬质合金分析研究

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摘要本文采用扫描电镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)、X 射线衍射(X-ray diffractometry,XRD)和电子探针(electron probe microanalysis,EMPA)等分析手段,研究了淬火和回火处理对 WC-20Co 硬质合金的微观结构与力学性能的影响。结果表明:在一定温度范围内,淬火温度越高,材料的硬度和抗弯强度也越高;当淬火温度达到 1350℃时,其硬度和抗弯强度开始下降。在淬火温度一定的条件下,回火温度越高,钴相中保留的高温相 α-Co 含量和固溶的 W 含量越低,材料的力学性能也随之降低。对比不同淬火介质后发现,相比于油淬,水淬处理更有助于提高材料的综合性能。关键词硬质合金;淬火;回火;钴相;力学性能硬 质 合 金 是 由 难 熔 金 属 的 硬 质 碳 化 物 ( 如WC 、 TiC 、 NbC 、 TaC 、 VC 等 ) 和 粘 结 金 属 或 合 金(Co、Fe 和 Ni 等),通过粉末冶金工艺制成的一种金属陶瓷复合材料。硬质合金具有硬度高、强度和韧性较好、耐热、耐磨、耐腐蚀等一系列优良性能,作为刀具材料得到广泛应用,被称为“工业的牙齿”[1]。但是,硬质合金的硬度与韧性之间存在矛盾;如何在保证高硬度的前提下提高其韧性,一直是研究者所关注的课题。国内外的研究表明,热处理在这方面可以发挥独特的作用[2]。在 WC-Co 硬质合金中,WC 是 W 和 C 化学计量比接近 1;1 的相对稳定的化合物,热处理前后材料性能的变化主要来源于对钴相成分和结构的调控[3]。Gu 等人[4]将 WC-11Co 硬质合金在1250℃高温(Ar 气氛)保温 1h,进行油淬后发现:钴相中 ɑ-Co 比例和 W 在钴中的固溶含量增加,抗弯强度明显增加。研 究 表 明 [5-7] : 含 钴 量 不 同 的 硬 质 合 金(YG5、YG10、YG14、YG15 等)在经历淬火回火后,其抗弯强度和冲击韧性均可出现不同程度的提高。尽管 WC-Co 硬质合金的淬火处理可以改善合金的综合性能,但目前对热处理后性能变化的影响机制研究仍不够全面。因此,本文将 WC-20 硬质合金在不同的温度下进行淬火和回火,主要研究淬火介质、淬火温度和回火温度对钴相中的马氏体转变、W 和 C 元素的固溶以及材料的力学性能的影响,并分析其相应的机理。1.实验材料和方法本文所用的实验材料是经过 1400-1430℃液相烧结的 WC-20Co 硬质合金,由湖南博云新材料有限公司提供。烧结态合金在Ar气氛保护的管式炉里(1050℃、1150℃、1250℃、1350℃)...

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