WC-Co硬质合金的小能多冲与静疲劳性能研究

摘要

硬质合金以其优良的综合性能被广泛用于工业上，被誉为工业上的牙齿。硬质合金工具常处于小能量多次冲击碰撞的工况，所以研究硬质合金工具在小能量下服役的性能意义重大。本文以株洲硬质合金集团有限公司提供的六种WC-Co硬质合金为研究对象，对硬质合金进行两种实验方案的小能多冲实验以及硬质合金材料研究较少的静疲劳实验。另外分析了断口的宏观与微观断裂行为并探讨了粉末冶金缺陷对硬质合金性能的影响。主要研究结论如下:
　　(1)实验合金力学性能测试结果表明:相同WC晶粒尺寸的硬质合金，随着Co含量的增多，其冲击韧性、抗弯强度与断裂韧性得到提高，硬度下降。相同Co含量的硬质合金，随着WC晶粒尺寸的增大，其硬度、冲击韧性、抗弯强度反而减小，断裂韧性得到提高。
　　(2)两种小能多冲实验方案结果表明:实验合金在相同能量下冲击，Co含量越高，硬质合金小能多冲寿命越长，WC晶粒尺寸越大，小能多冲寿命越短;实验合金在相同的λ值（冲击能量与一次冲断能量的比值）对应能量下冲击，Co含量越高，小能多冲寿命越短，WC晶粒尺寸越大，小能多冲寿命短。Co含量最高的218#合金具有较高的疲劳敏感性，抗疲劳裂纹扩展能力较弱;Co含量最低的211#合金具有较低的疲劳敏感性，抗疲劳裂纹扩展能力较强。在工程技术上，这也表明高钴合金在服役条件下需要选择更高的安全系数。
　　(3)通过对三种不同钴含量(11wt％，15wt％，18wt％)的硬质合金进行缺口样和光滑样的静疲劳性能研究对比，得出:合金在相同应力下静压，Co含量越高，静疲劳寿命越长，在相同θ值（施压在样品上的静态应力与该样品的抗弯强度之比）下静压，Co含量越高，静疲劳寿命越短，Co含量较低的211#合金有较低的疲劳敏感性，抗疲劳裂纹扩展能力较强。三种带缺口试样静疲劳寿命明显低于光滑试样，且在θ值为0.8时，钴含量为18wt％，15wt％，11wt％的三种合金光滑样与缺口样的静疲劳寿命比值分别约为1∶2∶7与1∶1∶2，这说明了缺口预制试样掩盖了硬质合金的缺陷。
　　(4)硬质合金在小能量下服役（小能多冲与静疲劳试验）导致其断裂是由于内部孔洞（或粗大WC之类的缺陷）与实验过程中产生的缺陷在累积受力情况下慢慢长大，孔洞相互连接形成微裂纹，微裂纹慢慢长大达到临界裂纹长度时导致材料断裂。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 硬质合金的概述

1．1．1 硬质合金的组成结构

1．1．2 硬质合金的发展历史

1．1．3 硬质合金的生产

1．1．4 硬质合金的类别

1．2 硬质合金产业存在的问题及最新进展

1．2．1 硬质合金产业存在的问题

1．2．2 硬质合金的最新进展

1．3 硬质合金的小能多冲与疲劳性能

1．3．1 硬质合金的小能多冲性能

1．3．2 硬质合金的循环疲劳性能

1．3．3 硬质合金的静疲劳性能

1．4 本论文选题背景、研究目的与内容

1．4．1 选题背景

1．4．2 研究目的与内容

第2章 实验材料与实验内容

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．3 实验方案

2．3．1 维氏硬度的测试

2．3．2 抗弯强度的测定

2．3．3 冲击韧性的测定

2．3．4 断裂韧性的测定

2．3．5 小能量多次冲击试验

2．3．6 静疲劳试验

2．4 试样断口宏观与微观检测分析

第3章 硬质合金小能多冲性能研究

3．1 引言

3．2 硬质合金常规力学性能研究

3．2．1 实验合金维氏硬度与断裂韧性

3．2．2 实验合金冲击韧性与抗弯强度

3．3 小能多冲性能

3．3．1 Co含量对小能多冲性能的影响

3．3．2 WC晶粒尺寸对小能多冲性能的影响

3．4 断口形貌

3．6 本章小结

第4章 硬质合金静疲劳性能的研究

4．1 引言

4．2 光滑样与缺口样的静疲劳性能

4．2．1 光滑样静疲劳性能

4．2．2 缺口样静疲劳性能

4．3 缺口样与光滑样抗弯强度的weibull分析

4．4 粉末冶金缺陷对硬质合金性能的影响

4．4．1 粉末冶金缺陷对合金力学性能的影响

4．4．2 粉末冶金缺陷对静疲劳裂纹扩展的影响

4．5 本章小结

结论

研究展望

参考文献

致谢

附录(攻读硕士学位期间发表的论文目录)