低鈷超粗晶硬質(zhì)合金的研發(fā)

硬質(zhì)合金主要沿著兩個(gè)方向發(fā)展，一是低鈷粗晶硬質(zhì)合金；一是高鈷細(xì)晶硬質(zhì)合金。其中，低鈷粗晶合金的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理是：WC晶粒粗，比表面積小，使合金中鈷層增厚，從而提高合金的沖擊韌性；同時(shí)，合金中鈷含量的減少，WC含量的增加，可提高合金的耐磨性。低鈷粗晶合金的綜合作用使得合金的韌性好，耐磨性高，因此被廣泛用于石油鉆齒、截煤機(jī)齒、路面冷銑刨機(jī)齒、沖壓模具、軋輥等領(lǐng)域。

一般定義晶粒度≥5微米的硬質(zhì)合金稱之為超粗晶硬質(zhì)合金。與其它粒度硬質(zhì)合金力學(xué)性能的對(duì)比試驗(yàn)表明，隨著合金中WC晶粒度的增大，合金的強(qiáng)度和硬度均降低，而斷裂韌性大幅度提高；并且合金的斷裂韌性和硬度測(cè)試值上下浮動(dòng)逐漸增大，而強(qiáng)度浮動(dòng)減小。超粗晶硬質(zhì)合金在斷裂時(shí)存在大量的穿晶斷裂和Co相塑性變形。隨著合金中晶粒度的增大，臨界裂紋長(zhǎng)度逐漸增大。對(duì)于超粗晶硬質(zhì)合金，臨界裂紋長(zhǎng)度大于7微米，這說(shuō)明小于7微米的孤立微孔對(duì)合金強(qiáng)度影響不大。但另一方面，臨界裂紋長(zhǎng)度和晶粒度幾乎相等，所以任何一顆破裂或有缺陷的WC晶粒，都可能成為斷裂源。因此，要提高超粗晶硬質(zhì)合金的強(qiáng)度，必須使用結(jié)晶完整的碳化鎢粉做原料，以減少合金中WC晶粒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)缺陷。另外，對(duì)超粗晶硬質(zhì)合金裂紋處的顯微組織觀察表明，細(xì)小裂紋大部分存在于WC晶界處，少量存在于WC晶粒內(nèi)部；觀察不到Co相內(nèi)存在裂紋。裂紋呈現(xiàn)分叉、偏轉(zhuǎn)和不連續(xù)狀，增加了裂紋擴(kuò)展的路徑；圓角形WC晶粒減弱了裂紋尖端的應(yīng)力集中，有利于材料斷裂韌性的提高。研究指出，Co相平均自由程增加，裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，有利于合金韌性的提高。在超粗晶硬質(zhì)合金中，Co相平均自由程可達(dá)2.9微米，這是此類硬質(zhì)合金具有良好斷裂韌性的原因之一。