【摘 要】
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本文以提高硬质合金的综合力学性能为目的,制造了一种同时具有高硬度和高韧性的超细晶硬质合金材料。实验以WC-Co硬质合金为研究对象,同时结合放电等离子烧结技术(SPS)的优点,
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本文以提高硬质合金的综合力学性能为目的,制造了一种同时具有高硬度和高韧性的超细晶硬质合金材料。实验以WC-Co硬质合金为研究对象,同时结合放电等离子烧结技术(SPS)的优点,通过添加抑制剂VC以及增强相CBN来改善硬质合金性能,并对其力学性能以及微观结构进行研究。研究了Co含量对硬质合金力学性能以及微观组织的影响,实验结果表明:随着Co含量的增加,WC-Co硬质合金的硬度降低但是断裂韧性、抗弯强度和致密化程度增加,同时WC平均晶粒尺寸增大,其平均尺寸在227374nm之间,裂纹扩展模式逐渐由裂纹偏转转变为裂纹偏转和裂纹桥接的混合模式。研究了VC以及CBN含量对材料各项性能的影响。随着VC含量的增加,WC晶粒减小,材料的致密度和力学性能变差,利用XRD分析材料的物相组成,各成分之间具有良好的化学相容性。对比WC-6Co与WC-6Co-0.2VC可知,后者的硬度和断裂韧性均有所提高。当CBN含量为1.0wt.%且VC含量为0.2wt.%时,硬质合金材料性能最优,WC晶粒尺寸、致密度、硬度和断裂韧性分别为247nm、98.3%、20.17±0.5GPa和12.19±0.12MPa·m1/2;研究了环境温度对材料抗弯强度的影响,当环境温度达到400℃以上,材料开始氧化,材料表面体积剧烈膨胀,氧化层脱落,或生成明显裂痕。研究了不同刀具的摩擦磨损性能。当硬质合金和轴承钢为对偶副时,摩擦系数和磨损率随着Co含量增加而增加,磨损形式主要为磨粒磨损。当钛合金球和不锈钢球为摩擦副时,摩擦系数随Co量的变化浮动不大,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损相结合。同时研究还发现滑动速度和法向载荷也会对材料的耐磨性有很大的影响。最后,通过对比不同刀具可知,WC-8Co-0.2VC-1CBN的磨损率和摩擦系数均比商用YG8低,在WC-8Co中加入CBN,能够降低了摩擦系数,但也会加剧硬质合金的磨损。对比不同Co含量硬质合金刀具的切削性能发现:当Co含量为8wt.%时,刀具的切削性能最好,刀具的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及氧化磨损。随着背吃刀量以及切削速度的增加,刀具磨损加剧,刀具寿命下降。对比不同刀具的切削寿命,其中寿命最高的为CYG8,寿命最低为商用YG8。对比刀具的耐磨性,可知CYGVB8硬质合金耐磨性最好,CYGV6次之,可知CBN增强了刀具的耐磨性,细化的晶粒增强了材料内部的结合强度。
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