强流脉冲电子束辐照YG10硬质合金表层组织及磨损性能研究

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WC-Co硬质合金由于具有优良的性能组合被广泛地应用于优质刀模具的生成制造。面向现代化生产提出的高速、高效和更长使用寿命等应用需求,通过表面改性技术改变硬质合金表面的微观结构来提高其力学性能和耐磨耐蚀性能具有重要的工程意义和实用价值。  近些年来强流脉冲电子束(HCPEB)技术因为能量密度可控、处理材料范围广、改性效果显著等特点得到迅速发展。在微秒级时间内电子束轰击材料表面形成脉冲能量沉积,使材料表层(~几μm)快速熔凝,使得材料表层发生非平衡相变,从而提高硬质合金表面的耐磨损性能。  本文选择YG10硬质合金为实验材料,使用自主研发的HOPE-I型强流脉冲电子束装置进行表面改性处理,选择加速电压27kV,脉冲次数为1、3、6、10、20、35次。使用金相显微镜观察样品表面低倍形貌;利用扫描电镜 SEM观察样品表面和截面的高倍显微形貌,利用EDS能谱仪考察样品表层的元素分布变化;通过X射线衍射仪,测定样品表层的相结构,重点考察2?~26?附近对应石墨(002)衍射峰的变化;通过显微硬度计和摩擦磨损试验机测试硬质合金表面显微硬度、摩擦系数和耐磨损性能等。  通过研究强流脉冲电子束辐照硬质合金表层显微组织和性能变化规律,探索WC材料的高温非平衡相变特点和提高WC-Co硬质合金表面使役性能的有效方法。实验结果如下:强流脉冲电子束辐照引发YG10样品表层快速熔凝,原始微米尺寸的WC晶粒转变为纳米细化组织,Co粘结相消失,试样表面产生网状微裂纹,改性层(厚度~1.5μm)中的WC逐步转化为WC1-x相,同时伴随纳米碳粒子、W2C相的析出和重新分布过程。样品表面显微硬度随脉冲次数增加呈线性提高,由原始的1735.8Hv增加到35次脉冲的3128.5Hv。6次脉冲处理样品的耐磨性能最佳,磨损率降为原始样品的40%,经分析表层纳米细化组织和弥散碳粒子析出是耐磨性能改善的主要原因。
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