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纳米稀土硬质合金YG11R的成分与工艺优化及磨损研究

彭飞  
【摘要】:本文以矿用硬质合金为应用背景,利用纳米材料的小尺寸效应、表面效应等特征,通过向硬质合金传统制备工艺的原料中加入微量纳米级稀土来进行改性,以提高矿用硬质合金的抗弯强度、断裂韧性、冲击韧性以及磨损性能。利用正交设计方法设计了九种试验方案,采用真空烧结制得九种合金YG11R。 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)分析等技术对九种合金的显微组织结构进行了观察和研究,并对合金的硬度、抗弯强度、断裂韧性、冲击韧性、磨损性能以及矫顽磁力和钴磁等各项性能进行检测。利用正交试验分析方法,研究烧结温度、WC粒径大小、球磨时间以及添加剂含量对合金各项力学性能的影响,并取得最佳方案为:烧结温度为1450℃, WC粒径为11μm ,球磨时间为28h ,添加剂含量为0.05%~0.15%。 合金的XRD物相分析中只发现WC和Co的衍射峰,并未发现缺碳相的衍射峰。合金元素分布的面扫描结果表明WC晶粒、Co相以及稀土分布都比较均匀,并且没有发现明显的异常粗大颗粒。TEM微观结构观察和分析表明,合金中存在一定量的α-Co和少量具有层错结构的ε-Co。断口形貌SEM观察表明合金Z7的主要断裂机制为沿晶断裂,Z8和Z9的主要断裂机制为穿晶断裂。 对于制得的九种合金,Z4和Z7的硬度最大,为HRA89.0。Z5的抗弯强度最高,达2548MPa。Z8的断裂韧性最高,为20.48MPa·m~(1/2)。Z1合金的冲击韧性最好,冲击功为4.44J。 以石英砂为磨料,利用冲击磨料磨损研究矿用硬质合金的磨损性。根据冲击磨料磨损性能测试结果可知,Z7的磨损性能最好。通过对磨损表面的形貌观察可知以石英砂为磨料的冲击磨料磨损机制主要为WC颗粒的断裂、破碎以及剥落。


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