PDC硬质合金衬底的综合性能研究

摘要

聚晶金刚石-硬质合金复合片(PDC)是将金刚石粉末在高温高压下粘结到硬质合金基体上，形成的一种兼具聚晶金刚石的高硬度、高耐磨性和硬质合金良好的冲击韧性等优点的复合材料。PDC在地质钻探、机械加工、汽车生产等工业领域应用越来越广泛。目前国内对PDC复合片的研究主要在集中在聚晶层以及聚晶层和硬质合金层的结合截面上，而对PDC复合片硬质合金基体的研究较少。然而在实际工作过程中，PDC复合片所承受的大部分冲击力都由硬质合金层分担，且硬质合金层占整个复合片总质量的80％-90％。因此，对聚晶金刚石-硬质合金复合片的硬质合金基体的性能进行研究是非常有意义的。通常情况下，用作PDC复合片生产的硬质合金圆片是经过抽样检测的，同一批次硬质合金制品各项性能非常接近且均能达到生产的要求。然而经过高温高压后，硬质合金基体的各项性能会发生显著变化。文章以此为出发点，对高温高压下硬质合金基体材料的各项性能展开研究，通过金相、扫描电镜观察其显微组织结构，并检测其抗弯强度、硬度和冲击韧性，找到高温高压对复合片基体各项性能的影响规律。最后通相关计算机软件分析，建立了表征复合片基体抗弯强度和冲击韧性的数学表达式，为复合片基体材料的无损检测提供了一种方法。文章主要有以下研究成果：
　　 1、在复合片的生产过程中，高温高压会使硬质合金层的钴含量减少，WC晶粒尺寸减小。
　　 2、在复合片的生产过程中，高温高压会使硬质合金层的抗弯强度降低，硬度增大，冲击韧性降低。
　　 3、设计制造了用于测定材料冲击韧性的冲击试验机，此试验机具备了自动化控制、自动计数、冲击功和冲击点可调等一系列优点。为材料的冲击试验测试带来了很大的方便。
　　 4、建立了抗弯强度Z与硬度X1、平均晶粒尺寸X2、晶粒尺寸方差X3和钴含量X4关系的多元线性回归方程：Z=-382.641+65.527X1-166.870X2-272.60X324.417X4以及冲击功Z和硬度X1、平均晶粒尺寸X2、晶粒尺寸方差X3和钴含量X4关系的多元线性回归方程：Z=-282.789+4.356X1-0.037X2-12.04X3+3.505X4