WC对碳化钛基高锰钢钢结硬质合金组织与性能的影响
发布时间：2021-10-22 05:51
以Fe-Mo、Fe-Mo-Cr预合金粉为粘结剂,加入WC以及Ni、Mn、C等合金元素,采用粉末冶金工艺制备了TiC基高锰钢钢结硬质合金,研究了WC对TiC基高锰钢钢结硬质合金组织与性能的影响。采用扫描电子显微镜对实验合金的组织进行了观察和分析,并对合金的物理力学性能进行了检验。结果表明,未加WC的合金中出现了黑芯-灰环和灰色粘结剂两种结构;添加WC的合金中观察到了黑芯-灰环、灰色粘结剂和其他多种复杂的结构。并且,随着WC含量的增加,合金组织的硬质相晶粒尺寸明显细化。结果还表明,随着WC含量的增加,合金的相对致密度、硬度一直增大,但抗弯强度和冲击韧性先增大后减小。当WC质量分数为15%时,合金的冲击韧性达到最大值12.2 J/cm2,相对致密度、硬度和抗弯强度分别达到98.5%、88.2 HRA、1 852 MPa。因此,这种合金（WC质量分数15%）可以用于代替硬质合金制造挖掘机装载机斗齿的镶嵌件以及采煤机截齿等在冲击条件下使用的耐磨零件。
【文章来源】：硬质合金. 2020,37(03)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
WC含量对合金密度的影响
图4是实验合金的的抗弯强度和冲击韧性检验结果。结果表明，随着WC含量的增加，抗弯强度先增大后减小；当WC含量10%时，合金抗弯强度达到最大值2 122 MPa。从图1的组织看，加入WC后，合金的硬质相晶粒尺寸减小，根据霍尔-派奇公式可知，晶粒细化导致合金的强度提高；同时，由于粘结剂中合金元素的固溶强化作用，也使合金强度提高。另外，WC强化了硬质相与粘结剂的界面结合强度，并且WC固溶于粘结剂中固溶强化粘结相，也提高了合金的强度。随着WC含量的继续增加，实验合金的抗弯强度减小，原因是，一方面，WC含量增加，在TiC硬质相颗粒表面形成的环形相厚度增大，硬质相颗粒芯部与环形相的内应力增大，降低了界面结合强度并增大了合金的脆性；另一方面，WC、Cr、Ni、Mn、C等在粘结剂中的含量增加，使粘结剂脆性增大，所以合金的抗弯强度降低。图4合金的冲击韧性结果表明，随着WC含量增加，冲击韧性先增大后减小。当WC含量15%时，合金的冲击韧性达到最大值，12.2 J/cm2，其后逐渐降低。一般情况下，合金粘结相含量增加，合金的冲击韧性增大。在本研究中，粘结剂的含量由50%降至35%的范围内，合金的冲击韧性是增加的，因此，必然有其他强韧化机制。从图1的组织看，合金的硬质相晶粒尺寸随着WC含量的增加而减小，合金在冲击条件下，裂纹倾向于在粘结剂中扩展，延长了扩展路径，消耗更多的能量；而且随着WC含量增加，粘结剂含量减少，Cr、Ni、Mn、C等在粘结剂中含量增加并强化了粘结相，所以冲击韧性增加。硬质相晶粒越细化，这种现象越明显。另一方面，WC改善了硬质相和粘结剂的润湿性并提高了界面结合强度，并且WC固溶于粘结剂中强化粘结相，所以提高了合金的冲击韧性。另外，被WC强化的多角状的TiC硬质相颗粒穿晶断裂对提高合金的冲击韧性亦有较大的贡献。其后，随着WC含量的继续增加，硬质相表面的环形相内应力增加，以及粘结剂中Cr、Ni、Mn、C等元素含量高，粘结剂脆性增大，所以冲击韧性降低。分析表明，冲击韧性和抗弯强度的变化规律基本相同。
图4合金的冲击韧性结果表明，随着WC含量增加，冲击韧性先增大后减小。当WC含量15%时，合金的冲击韧性达到最大值，12.2 J/cm2，其后逐渐降低。一般情况下，合金粘结相含量增加，合金的冲击韧性增大。在本研究中，粘结剂的含量由50%降至35%的范围内，合金的冲击韧性是增加的，因此，必然有其他强韧化机制。从图1的组织看，合金的硬质相晶粒尺寸随着WC含量的增加而减小，合金在冲击条件下，裂纹倾向于在粘结剂中扩展，延长了扩展路径，消耗更多的能量；而且随着WC含量增加，粘结剂含量减少，Cr、Ni、Mn、C等在粘结剂中含量增加并强化了粘结相，所以冲击韧性增加。硬质相晶粒越细化，这种现象越明显。另一方面，WC改善了硬质相和粘结剂的润湿性并提高了界面结合强度，并且WC固溶于粘结剂中强化粘结相，所以提高了合金的冲击韧性。另外，被WC强化的多角状的TiC硬质相颗粒穿晶断裂对提高合金的冲击韧性亦有较大的贡献。其后，随着WC含量的继续增加，硬质相表面的环形相内应力增加，以及粘结剂中Cr、Ni、Mn、C等元素含量高，粘结剂脆性增大，所以冲击韧性降低。分析表明，冲击韧性和抗弯强度的变化规律基本相同。综合以上分析，当合金中WC含量15%时，合金的硬度达到88.2 HRA，抗弯强度1 852 MPa，冲击韧性最大值12.2 J/cm2，性能相当于YG8～YG15牌号的硬质合金，可以代替硬质合金制造工程机械的斗齿镶嵌件和采煤机截齿等耐磨零件[24-26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-Mo预合金粉对TiC钢结硬质合金组织与性能的影响[J]. 李国平,吴宁,罗丰华,刘增林,袁勇. 粉末冶金工业. 2019(03)
[2]采煤机截齿“零保温”淬火热处理工艺研究[J]. 王永刚. 热加工工艺. 2019(02)
[3]预合金粉为黏结剂的TiC钢结硬质合金组织演变与强韧性研究[J]. 李国平,罗丰华,颜练武,彭英彪,李建国. 硬质合金. 2018(02)
[4]采煤机截齿齿体材料及工艺分析[J]. 李峰. 机械管理开发. 2017(08)
[5]超粗晶硬质合金截齿的层状剥落[J]. 邹德良,洪海侠,张颢. 硬质合金. 2017(04)
[6]高性能矿用硬质合金截齿的开发[J]. 李辉,孙志远,迟丽丽. 硬质合金. 2017(02)
[7]梯度硬质合金截齿的开发与应用[J]. 孙志远,李辉. 凿岩机械气动工具. 2016(04)
[8]水韧处理对TiC基高锰钢结合金组织与性能的影响[J]. 肖平安,李晨坤,轩翠华,张霞,宋建勇. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[9]钢结硬质合金的研究进展[J]. 周书助,兰登飞,鄢玲利,尹绍峰. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(05)
[10]TiC基钢结硬质合金的研究现状[J]. 范安平,肖平安,李晨坤,轩翠华,曲选辉. 粉末冶金技术. 2013(04)
本文编号：3450506
【文章来源】：硬质合金. 2020,37(03)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
WC含量对合金密度的影响
图4是实验合金的的抗弯强度和冲击韧性检验结果。结果表明，随着WC含量的增加，抗弯强度先增大后减小；当WC含量10%时，合金抗弯强度达到最大值2 122 MPa。从图1的组织看，加入WC后，合金的硬质相晶粒尺寸减小，根据霍尔-派奇公式可知，晶粒细化导致合金的强度提高；同时，由于粘结剂中合金元素的固溶强化作用，也使合金强度提高。另外，WC强化了硬质相与粘结剂的界面结合强度，并且WC固溶于粘结剂中固溶强化粘结相，也提高了合金的强度。随着WC含量的继续增加，实验合金的抗弯强度减小，原因是，一方面，WC含量增加，在TiC硬质相颗粒表面形成的环形相厚度增大，硬质相颗粒芯部与环形相的内应力增大，降低了界面结合强度并增大了合金的脆性；另一方面，WC、Cr、Ni、Mn、C等在粘结剂中的含量增加，使粘结剂脆性增大，所以合金的抗弯强度降低。图4合金的冲击韧性结果表明，随着WC含量增加，冲击韧性先增大后减小。当WC含量15%时，合金的冲击韧性达到最大值，12.2 J/cm2，其后逐渐降低。一般情况下，合金粘结相含量增加，合金的冲击韧性增大。在本研究中，粘结剂的含量由50%降至35%的范围内，合金的冲击韧性是增加的，因此，必然有其他强韧化机制。从图1的组织看，合金的硬质相晶粒尺寸随着WC含量的增加而减小，合金在冲击条件下，裂纹倾向于在粘结剂中扩展，延长了扩展路径，消耗更多的能量；而且随着WC含量增加，粘结剂含量减少，Cr、Ni、Mn、C等在粘结剂中含量增加并强化了粘结相，所以冲击韧性增加。硬质相晶粒越细化，这种现象越明显。另一方面，WC改善了硬质相和粘结剂的润湿性并提高了界面结合强度，并且WC固溶于粘结剂中强化粘结相，所以提高了合金的冲击韧性。另外，被WC强化的多角状的TiC硬质相颗粒穿晶断裂对提高合金的冲击韧性亦有较大的贡献。其后，随着WC含量的继续增加，硬质相表面的环形相内应力增加，以及粘结剂中Cr、Ni、Mn、C等元素含量高，粘结剂脆性增大，所以冲击韧性降低。分析表明，冲击韧性和抗弯强度的变化规律基本相同。
图4合金的冲击韧性结果表明，随着WC含量增加，冲击韧性先增大后减小。当WC含量15%时，合金的冲击韧性达到最大值，12.2 J/cm2，其后逐渐降低。一般情况下，合金粘结相含量增加，合金的冲击韧性增大。在本研究中，粘结剂的含量由50%降至35%的范围内，合金的冲击韧性是增加的，因此，必然有其他强韧化机制。从图1的组织看，合金的硬质相晶粒尺寸随着WC含量的增加而减小，合金在冲击条件下，裂纹倾向于在粘结剂中扩展，延长了扩展路径，消耗更多的能量；而且随着WC含量增加，粘结剂含量减少，Cr、Ni、Mn、C等在粘结剂中含量增加并强化了粘结相，所以冲击韧性增加。硬质相晶粒越细化，这种现象越明显。另一方面，WC改善了硬质相和粘结剂的润湿性并提高了界面结合强度，并且WC固溶于粘结剂中强化粘结相，所以提高了合金的冲击韧性。另外，被WC强化的多角状的TiC硬质相颗粒穿晶断裂对提高合金的冲击韧性亦有较大的贡献。其后，随着WC含量的继续增加，硬质相表面的环形相内应力增加，以及粘结剂中Cr、Ni、Mn、C等元素含量高，粘结剂脆性增大，所以冲击韧性降低。分析表明，冲击韧性和抗弯强度的变化规律基本相同。综合以上分析，当合金中WC含量15%时，合金的硬度达到88.2 HRA，抗弯强度1 852 MPa，冲击韧性最大值12.2 J/cm2，性能相当于YG8～YG15牌号的硬质合金，可以代替硬质合金制造工程机械的斗齿镶嵌件和采煤机截齿等耐磨零件[24-26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-Mo预合金粉对TiC钢结硬质合金组织与性能的影响[J]. 李国平,吴宁,罗丰华,刘增林,袁勇. 粉末冶金工业. 2019(03)
[2]采煤机截齿“零保温”淬火热处理工艺研究[J]. 王永刚. 热加工工艺. 2019(02)
[3]预合金粉为黏结剂的TiC钢结硬质合金组织演变与强韧性研究[J]. 李国平,罗丰华,颜练武,彭英彪,李建国. 硬质合金. 2018(02)
[4]采煤机截齿齿体材料及工艺分析[J]. 李峰. 机械管理开发. 2017(08)
[5]超粗晶硬质合金截齿的层状剥落[J]. 邹德良,洪海侠,张颢. 硬质合金. 2017(04)
[6]高性能矿用硬质合金截齿的开发[J]. 李辉,孙志远,迟丽丽. 硬质合金. 2017(02)
[7]梯度硬质合金截齿的开发与应用[J]. 孙志远,李辉. 凿岩机械气动工具. 2016(04)
[8]水韧处理对TiC基高锰钢结合金组织与性能的影响[J]. 肖平安,李晨坤,轩翠华,张霞,宋建勇. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[9]钢结硬质合金的研究进展[J]. 周书助,兰登飞,鄢玲利,尹绍峰. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(05)
[10]TiC基钢结硬质合金的研究现状[J]. 范安平,肖平安,李晨坤,轩翠华,曲选辉. 粉末冶金技术. 2013(04)
本文编号：3450506
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3450506.html
