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电冶钢结硬质合金DGJW50热疲劳行为的研究

钟成山  
【摘要】: 电冶钢结硬质合金DGJW50是采用电冶熔铸工艺制备而成的新型WC颗粒增强钢基复合材料。对其进行了热循环实验,观察热疲劳裂纹的萌生及扩展形态,研究了该材料的热疲劳行为。同时采用了热处理工艺强化钢基体相组织,以及表面渗硼工艺硬化合金表面,研究这两种工艺对DGJW50抗热疲劳性能的影响。 研究结果表明,DGJW50热疲劳裂纹萌生也存在一个孕育期,在本实验条件下,约经过5次至10次热循环后,裂纹在缺口尖端处萌生。裂纹萌生地主要为:枝晶碳化物和复式碳化物。对于合金中的两大相:硬质相和钢基体相,前者硬而脆,而后者为强韧相。裂纹优先在硬质相区扩展,扩展的方式及途径包括枝晶碳化物的脆断,原始WC颗粒和复式碳化物的开裂以及两者之间的界面脱离。原始碳化物开裂后仍保有原始形貌,复式碳化物开裂后易“碎化”。 与未经热处理的原始DGJW50相比,热处理后的DGJW50综合力学性能得到了很大提高,同时钢基体析出的较多细小均匀二次碳化物钝化了裂纹尖端,降低裂纹扩展速率,故显著提高了材料的抗热疲劳性能。 表面渗硼全面硬化了DGJW50表面。热循环初期,渗硼层对基体材料起到了一定的保护作用,延缓了裂纹在基体材料的萌生和扩展。故表面渗硼DGJW50热疲劳性能高于原始材料的抗热疲劳性能。 热循环期间,对于DGJW50的两大基本相——硬质相和钢基体相,硬质相受到了一定的破坏,而钢基体和两者界面受损较弱,表明材料的抗热疲劳性能较好。采取有效措施提高硬质相的热疲劳抗力,材料整体的抗热疲劳性能必将大大提高,这为本材料大规模推广应用于热作模具奠定了坚实的理论基础,明确了今后的研究方向。


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