铈对硬质合金性能与粘结相结构稳定性的影响
谢先娇 唐仁正(中南工业大学 长沙 410083)
摘 要 采用动态热模拟技术, 研究铈对硬质合金性能与粘结相结构稳定性的影响。发现铈可改善合金性能, 其主要作用是抑制粘结相Co 向六方结构转变, 且在长期热循环效应下保持稳定。
关键词 铈 硬质合金 粘结相
添加稀土元素能够改善硬质合金的使用性能, 提高抗弯强度、改善高温性能、抗蚀性和耐磨性能等, 国内外都进行了广泛的研究。本研究采用动态热模拟试验技术, 模拟合金在使用状态下性能和微观组织结构的变化规律, 弄清稀土元素铈对硬质合金中粘结相钴的稳定性及合金性能的影响, 这对开发我国硬质合金新系列具有重要的实用价值[1, 2 ]。
1 实验方法与材料
参照南非耐特尔大学Z 卡茨、L 罗伯茨对硬质合金切削刀具典型的温度模拟, 计算刀具表面与内部温度分布的结果[3 ]。用 Gleeble 1500动态热 力模拟机进行热力循环实验, 加热速度、加热温度 (850℃～1 150℃)、保温时间由计算机控制, 使试样在很短的范围内, 形成从模拟温度到室温的强烈热梯度, 并在一定的预压应力下, 不断保温、冷却多次热循环, 使试件形成复杂的热应力 应变状态, 然后再以设计的加载速度 (本研究控制为0 4 mm m in～ 0 6 mmmin)加压缩载荷, 直到试件屈服或产生流变 (或断裂)。根据计算机记录数据和收集的信息进行分析。
试样材料是由生产厂提供和机加工的W $\mathrm { ~ C ~ } ^ { - } \mathrm { C o }$ 硬质合金, 含 $\mathrm { C o }$ Ξ为6% 及12% , 粘结相中加入 (0 1%～ 0 2%) Ce。各炉号同时配制了未加Ce 的合金进行了对比实验。试件尺寸是根据动态热模拟试验机要求, 特定设计的非标准试件, 其实验数据只能作相对比较。提供的试件均按要求, 采用宏观与微观相结合的物理、化学分析方法, 确认Ce 在微观尺度范围内分布已均匀化。对动态模拟后的试样, 进行金相和SEM观察。用电化学方法选择性地溶解硬质相, 保留粘结相, 在D 500X 射线衍射仪上, 对粘结相进行相结构分析。
2 实验结果与分析
表1是模拟温度对合金 (含6% Co) 抗压强度和塑性的影响。可以看出: 随着模拟温度升高, 抗压强度降低, 压缩热塑性稍有增加; 与未添加 $\mathrm { C e }$ 合金比较,添加 $\mathrm { C e }$ 使压缩强度降低, 但热塑性明显增加, 当模拟温度超过1 $0 0 0 ^ { \circ } \mathrm { C }$ , 两者差异似乎缩小。不同 $\mathbf { C o }$ 含量合金经1 $0 0 0 ^ { \circ } \mathrm { C }$ 热模拟后的应力 应变曲线如图1。从图1可以看到: 6% $\mathrm { C o }$ 和10% Co 合金的压缩应
(表1 热模拟温度对合金性能的影响 Table 1 Effect of therma l sim ula tion tem pera ture on the properties of the a lloys)
| 模拟温度 Them al sim ulation temperature/C | 添加 $\mathrm { c e }$ A dded Ce | 未添加 $\mathrm { c e }$ Not added Ce | ||
| 压缩强度 | 形变率 | 压缩强度 | 形变率 | |
| strength 0σ0.1M Pa | δ/% | Compressive Percent reduction Compressive Percent reductio strength σ.1M Pa | δ/% | |
| 850 | 2 210 | 13.2 | 2 430 | 10.2 |
| 900 | 1 900 | 14.1 | 2 130 | 10.8 |
| 1 000 | 1 520 | 15.8 | 1 680 | 12.4 |
| 1150 | 870 | 16.2 | 950 | 12.6 |
第28卷 第2期1999年 4月
稀有金属材料与工程RARE M ETAL MA TER IAL S AND EN GIN EER IN G
V o l 28, N o 2 A p ril 1999
联系人: 谢先娇, 女, 45岁, 中南工业大学材料系, 长沙410083, 电话: 0731 8876778