【優(yōu)秀科研文章分享】不同燒結(jié)溫度下碳化鎢-高熵合金微觀組織及性能表現(xiàn)前言 硬質(zhì)合金因具有高硬度、優(yōu)異的耐磨性和導(dǎo)熱性，在礦產(chǎn)資源開采、機(jī)械加工和汽車制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)WC基硬質(zhì)合金通常以Co作為粘結(jié)相，但Co在高溫下容易軟化，且熱膨脹系數(shù)與WC相差較大，導(dǎo)致合金的高溫硬度和熱穩(wěn)定性下降。近年來，多主元高熵合金因其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，具有作為新型WC基硬質(zhì)合金粘結(jié)相的潛力。
鋮豐材料球形鑄造碳化鎢粉末 本文研究了燒結(jié)溫度對以Al0.5CoCrFeNiTi0.5高熵合金（HEA）為粘結(jié)相的WC硬質(zhì)合金微觀組織和性能的影響。采用高能球磨和真空熱壓燒結(jié)技術(shù)制備了WC-Al0.5CoCrFeNiTi0.5硬質(zhì)合金，并通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和顯微硬度計(jì)等方法，分析了燒結(jié)參數(shù)對合金微觀組織和性能的影響。結(jié)果表明，燒結(jié)溫度對合金的力學(xué)性能有顯著影響，WC晶粒尺寸和形貌是影響合金性能的關(guān)鍵因素。 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)所用原料為商用WC和Al0.5CoCrFeNiTi0.5高熵合金粉末，粉末粒徑分別為200nm和10~25μm。首先，對粉末進(jìn)行細(xì)化和均勻化處理，使用行星式球磨機(jī)將HEA原始粉末球磨細(xì)化至1μm，再與WC粉末混合均勻。然后，采用真空熱壓燒結(jié)技術(shù)制備WC-Al0.5CoCrFeNiTi0.5硬質(zhì)合金。通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究了燒結(jié)溫度對合金微觀組織和性能的影響，固定保溫時(shí)間為60min，改變燒結(jié)溫度，并分析不同燒結(jié)溫度下合金的XRD譜圖、SEM形貌及性能。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)論 XRD譜圖分析 不同燒結(jié)溫度下WC-20wt.%HEA硬質(zhì)合金的XRD譜圖表明，合金均由WC相和HEA粘結(jié)相組成，燒結(jié)溫度對物相種類的影響較小。但隨著燒結(jié)溫度的升高，WC相的衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，說明燒結(jié)溫度提供了更高的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力，增加了WC晶粒長大速率。
SEM形貌與EDS分析 SEM形貌圖顯示，不同燒結(jié)溫度下WC晶粒形貌存在顯著差異。在1200℃時(shí)，WC晶粒形貌呈類球狀；隨著燒結(jié)溫度升高至1250℃，晶粒形貌逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻亟侨庵鶢睿划?dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，粗大的WC晶粒逐漸增多，最終生長為尖角三棱柱狀。EDS分析發(fā)現(xiàn)，WC晶粒具有規(guī)則形貌（亮白色），而HEA粘結(jié)相的形貌不規(guī)則（灰色和黑色），且HEA各組元發(fā)生了不同程度的擴(kuò)散行為，產(chǎn)生元素偏聚現(xiàn)象。
晶粒尺寸分布 隨著燒結(jié)溫度的升高，WC晶粒尺寸在0200nm的占比減小，2001000nm的占比增加。當(dāng)燒結(jié)溫度從1200℃增加到1300℃時(shí)，WC平均晶粒尺寸由252.61nm增加到284.61nm，增加了12.67%。這表明燒結(jié)溫度的升高促進(jìn)了WC晶粒的生長。
性能分析 不同燒結(jié)溫度下WC-20wt.%HEA硬質(zhì)合金的性能如圖5所示。隨著燒結(jié)溫度從1200℃增加到1300℃，合金的相對密度從97.52%逐漸增加至98.96%，硬度從2173HV減小至2010HV，而斷裂韌性呈先增加后降低的趨勢。在燒結(jié)溫度為1250℃時(shí)，合金的斷裂韌性達(dá)到最大值9.01MPa?m1/2，此時(shí)硬度為2028HV，相對密度為98.85%。
根據(jù)Hall-Petch關(guān)系，WC-20wt.%HEA硬質(zhì)合金硬度的降低歸因于WC晶粒尺寸的增加。而斷裂韌性的變化則與WC晶粒形貌有關(guān)。在燒結(jié)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，WC晶粒形貌主要為尖角三棱柱狀，容易在裂紋擴(kuò)展尖端形成應(yīng)力集中區(qū)域，導(dǎo)致裂紋平直尖銳，降低合金的斷裂韌性。
增韌機(jī)制 WC-20wt.%HEA硬質(zhì)合金的增韌機(jī)制主要為裂紋橋接和裂紋偏轉(zhuǎn)。高強(qiáng)韌HEA粘結(jié)相能夠有效分散和吸收裂紋尖端能量，使裂紋在擴(kuò)展過程中更易發(fā)生裂紋橋接和裂紋偏轉(zhuǎn)，從而減緩裂紋擴(kuò)展速度，提高合金的斷裂韌性。 結(jié)論 燒結(jié)溫度對WC-20wt.%HEA硬質(zhì)合金的力學(xué)性能有顯著影響。隨著燒結(jié)溫度的升高，合金相對密度逐漸增加，硬度逐漸降低，斷裂韌性呈先增加后降低的趨勢。 WC晶粒尺寸是影響合金相對密度和硬度的關(guān)鍵因素。隨著燒結(jié)溫度的升高，WC晶粒尺寸增大，導(dǎo)致合金硬度降低。 WC晶粒形貌是影響合金斷裂韌性的主要因素。在燒結(jié)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，WC晶粒形貌主要為尖角三棱柱狀，容易形成應(yīng)力集中區(qū)域，降低合金的斷裂韌性。 CHENG FENG CHENG FENG 鎳基高硬耐磨無裂合金粉末
鎳基高硬耐磨無裂合金粉末，具有高硬度，高耐磨性和耐腐蝕的特點(diǎn)，適用于超硬材料工具的表面激光熔覆。應(yīng)用場面包括礦山開采，隧道挖掘，熱軋鋼輥表面增強(qiáng)等。
產(chǎn)品特性 1. 高硬度。 定制碳化鎢具有高純度，高球形度，低游離碳，熔覆層致密無氣孔，測試數(shù)據(jù)硬度顯著高于一般激光熔覆材料。 2. 高耐磨性。 自研鎳基合金具有很強(qiáng)耐腐蝕能力，并且與碳化鎢之間具有更強(qiáng)的包覆親和力，降低了使用過程的磨粒磨損。 3. 不開裂。 獨(dú)特的成分配比和加工工藝保證了材料的使用過程中能夠穩(wěn)定成型，在高碳化鎢濃度下亦不出現(xiàn)熔覆層或結(jié)合層開裂現(xiàn)象。 4. 與基體結(jié)合力強(qiáng)。 鎳基配方具對鋼質(zhì)基體有極高的浸潤性，在熔覆過程中形成深度冶金結(jié)合。從而熔覆層獲得與基體較高的結(jié)合力，樣塊測試抗拉強(qiáng)度高達(dá)1400MPa。 5. 高韌性，耐高溫沖擊。 鎳基配方材料具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，能勝任800℃高溫沖擊的工作環(huán)境。 6. 高性價(jià)比。 粉末制造國產(chǎn)規(guī)?；?，品質(zhì)可替代進(jìn)口金屬陶瓷產(chǎn)品，價(jià)格實(shí)惠，現(xiàn)貨充足。
鎳基高硬耐磨無裂合金粉末顯微鏡圖
場景應(yīng)用 參考文獻(xiàn)： 【燒結(jié)溫度對WC-Al0.5CoCrFeNiTi0.5 硬質(zhì)合金微觀組織及性能的影響】 張 瑩, 王 文, 張 旭, 劉 藝, 鄭鵬飛, 喬 柯, 強(qiáng)鳳鳴, 王快社 |
