新型結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金在硬度和韌性上的改善

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硬質(zhì)合金作為工業(yè)的牙齒，主要利用難熔金屬化合物的高硬度、高耐磨損性能和良好的耐高溫性能及粘結(jié)相良好的塑性和韌性，來(lái)實(shí)現(xiàn)切削、鉆探和抗磨損的作用。這些特性使得硬質(zhì)合金的一些性能之間存在矛盾，比如，硬度和強(qiáng)度、韌性和耐磨損性能，這主要是因?yàn)楹茈y同時(shí)提高硬質(zhì)相和粘結(jié)相的含量�？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，新型結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金使其硬度和韌性均能夠在一定程度上同時(shí)得到改善。其新型結(jié)構(gòu)主要有梯度結(jié)構(gòu)、納米及超細(xì)晶結(jié)構(gòu)、超粗晶結(jié)構(gòu)以及其他特殊晶粒分布結(jié)構(gòu)。

梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金是指其硬質(zhì)相和粘結(jié)相在一定空間尺度上的分布呈梯度變化，從而使其性能的調(diào)節(jié)具有最大的自由度。按照性能要求不同，功能梯度硬質(zhì)合金的種類也較多。20世紀(jì)80年代，瑞典山特維克鑿巖工具公司開(kāi)發(fā)的功能梯度結(jié)構(gòu)雙相DP硬質(zhì)合金一般呈現(xiàn)類似于三明治的結(jié)構(gòu)，在合金的最外層和中間層均有WC+Co兩相組織，內(nèi)層為WC+Co+η三相顯微組織。材料最外層Co相含量低于合金的名義鈷含量，具有很高的硬度和耐磨損性能；中間層Co相含量高于合金的名義鈷含量，具有很好的韌性和塑性。DP合金耐磨損性能和韌性明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金。該技術(shù)被譽(yù)為“硬質(zhì)合金歷史自1950年以來(lái)最重要的革新”。20世界90年代，該技術(shù)應(yīng)用于金屬切削鉆頭，大幅度提高了該產(chǎn)品的壽命和切削效率。另一類非常重要的梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金是用于涂層刀片基體。

硬質(zhì)合金刀片的微觀組織通常包括WC，Co和β相。β相是一種含鈦的脆性相，可提高材料的硬度，但卻降低了韌性。涂層基體和涂層之間存在一定的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的不相容性。通過(guò)控制燒結(jié)和熱處理氣氛，能夠在硬質(zhì)合金刀片表面形成約50um的無(wú)β相層，具有較好的韌性，并與涂層的結(jié)合強(qiáng)度高，大幅度提高涂層刀片的抗崩韌性和切削壽命。該工藝比較簡(jiǎn)單，大部分硬質(zhì)合金涂層刀片基體都采用了這種梯度結(jié)構(gòu)。我國(guó)在功能梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金方面的研究在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)有報(bào)道，但是還缺少較系統(tǒng)深入的闡述。由于硬質(zhì)合金和功能梯度結(jié)構(gòu)材料的專業(yè)化，這更需要進(jìn)行最實(shí)際的研究。

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