Cr对WC基硬质合金力学性能和腐蚀性能影响的试验研究

摘要

在WC基硬质合金生产中，为了提高合金的耐腐蚀性能，通常的做法是加入Cr，Ni等元素对粘结相进行合金强化，然而加入Cr以后对硬质合金材料性能的影响机制还不完全清楚。本文以WC-(CoNiCr)合金为基础，系统研究了不同含量的Cr对硬质合金的力学性能以及腐蚀性能的影响。 采用金相显微镜观察了合金微观组织结构，排水法测试了合金密度，在力学性能试验中，分别采用洛氏硬度计、三点静态负载法等试验技术和测试手段对含Cr硬质合金的硬度和抗弯强度等机械力学性能做了试验研究。结果表明，当合金粘结相中添加少量Cr(＜7wt％)时，合金的晶粒度变细但是却出现个别晶粒的异常长大现象；随着Cr含量增加，合金的晶粒得到更加明显的细化并且组织变得均匀；在Cr的添加量为18wt％附近时，合金的晶粒度最细；当Cr添加量进一步增加，合金的晶粒度稍微变的粗大但是组织仍然十分均匀。合金的烧结密度和晶粒度大小密切相关，随Cr含量的变化，在合金晶粒度最细的时候密度达到最高值，然后随着合金晶粒稍变得粗大其密度也稍微减小。Cr含量对合金的洛氏硬度影响规律不明显，在15wt％附近时硬度存在较大值。随着Cr含量增加，合金的抗弯强度逐步降低，和不含Cr的合金相比较，当Cr含量增加到20wt％时，WC-10(NiCoCr)的抗弯强度从2400MPa降低到1800MPa，WC-15(NiCoCr)则从2500MPa降低到2000Mpa。 在腐蚀性能试验中，借助于失重法、旋转圆盘冲刷设备、电化学测试设备、电子扫描显微镜(SEM/EDS)等试验技术和测试手段，研究了Cr含量对材料腐蚀性能的影响以及合金材料在动态冲刷腐蚀条件下的腐蚀机理。试验结果表明，在浸泡腐蚀试验中，即使是添加少量的Cr就会使合金材料的耐腐蚀能力显著增强，腐蚀失重明显减少，并且随着Cr含量的增加，合金的腐蚀抗力进一步增强；在冲刷腐蚀试验中，各种成分合金的最大腐蚀速率都出现在冲蚀角度为60°的时候；当旋转圆盘的转速达到1000rpm附近时，合金的腐蚀失重增速加大，力学协同破坏的影响开始明显表现出来。通过对冲刷腐蚀后的合金试样表面及断面进行SEM观察，可以知道，含Cr硬质合金在腐蚀溶液中形成的钝化膜更加完整、致密，和基体金属的结合力也更强。在高速湍流的腐蚀溶液中，高Cr含量合金的腐蚀失重主要经历以下几个阶段：(1)合金材料进入腐蚀介质，表面被氧化形成保护性钝化层；(2)腐蚀性流体不断冲刷，钝化层逐渐减薄，局部被撕裂，出现剥离现象；(3)新鲜金属重新裸露在腐蚀介质中，迅速发生新的钝化，生成钝化层。可以看出，高Cr含量合金的腐蚀失重主要是钝化层的不断减薄、剥离造成；而不含Cr的合金腐蚀失重更多是由于粘结相的快速溶解导致硬质相大片脱落引起的，力学的协同破坏作用非常明显。从两种试验可以得出结论，在硬质合金中加入Cr，使得合金粘结相在腐蚀环境中更容易钝化而形成和基体金属结合致密的钝化膜，减少了基体金属和腐蚀介质的接触同时减弱了冲刷带来的机械破坏作用，从而降低了腐蚀速率，提高了合金腐蚀抗力。从合金在1mol/LH2SO4、lmol/LHNO3的极化曲线可以看出，和不含Cr的合金比较，高Cr含量的材料在两种溶液中的维钝电流密度降低了几个数量级。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1引言

§1.2硬质合金及其应用

§1.3硬质合金发展

§1.3.1我国硬质合金的发展现状

§1.3.2国外硬质合金技术发展的主要特点

§1.3.3硬质合金的发展方向

§1.3.4硬质合金生产工艺

§1.4国内外耐腐蚀硬质合金的研究概况

§1.5本课题的来源，意义，创新性和主要内容

第二章样品制备

§2.1试验设备

§2.2试验原料及其性能

§2.3试验原理及过程

§2.3.1材料制备流程图

§2.3.2合金样品制备

§2.4本章小结

第三章铬含量对微观组织和力学性能的影响

§3.1试验设备

§3.2试验原理及过程

§3.3试验结果及分析

§3.3.1铬含量对合金微观组织结构的影响

§3.3.2铬含量对合金烧结密度的影响

§3.3.3铬含量对合金洛氏硬度的影响

§3.3.4铬含量对合金抗弯强度的影响

§3.4本章小结

第四章铬含量对合金腐蚀性能的影响

§4.1浸泡腐蚀性能

§4.1.1试验设备

§4.1.2试验介质

§4.1.3试验原理及过程

§4.1.4试验结果及分析

§4.2冲刷腐蚀性能

§4.2.1试验设备

§4.2.2试验介质

§4.2.3试验原理及过程

§4.2.4试验结果及分析

§4.3本章小结

第五章电化学特征

§5.1试验设备

§5.2试验介质

§5.3试验原理及过程

§5.4试验结果及分析

§5.4.1合金在H2SO4中的极化曲线

§5.4.2合金在HNO3中的极化曲线

§5.5本章小结

第六章表面膜层分析

§6.1试验设备

§6.2试验原理及过程

§6.3试验结果及分析

§6.3.1扫描电镜观察

§6.3.2能谱分析

§6.4本章小结

第七章总结与展望

参考文献

作者攻读学位期间公开发表的论文

致谢

附录一试验设备及试验介质

试验设备

试验介质

附录二：全文图表总汇

全文图总汇：

全文表总汇：