GJW50钢结硬质合金热疲劳裂纹扩展的研究

在自约束型热疲劳试验机上对GJW50钢结硬质合金进行了热循环试验，用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力的作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态。结果表明：在合金中的两大相——硬质相和钢基体相，热疲劳裂纹优先在硬质相区中扩展；扩展的方式受硬质相粒子的尺寸及分布状态所控制。小颗粒的WC粒子聚集区及该区与钢基体区的交界而是热疲劳裂纹的主要扩展地；大尺寸的WC粒子的“自身裂纹”是热疲劳裂纹的必经之处。由于钢皋体相阻碍热疲劳裂纹的扩展，导致裂纹呈非连续性扩展；热疲劳裂纹是以“搭桥”形式穿过钢基体相；扩展路径的形态呈“折线”和“梯形”形态。     

GJW35钢结硬质合金热疲劳裂纹扩展的观察

观察了在热应力作用下 GJW35钢结硬质合金表面热疲劳裂纹扩展过程。结果表明 :萌生后的热疲劳裂纹优先在硬质相中扩展 ,遇到钢基体相后受阻、钝化。当裂纹在钢基体相中孕育时 ,另一裂纹已在该钢基体相区前沿的硬质相中形成。最后 ,在钢基体相中形成的裂纹以“搭桥”方式将其前后的裂纹连接起来。     

钢结硬质合金GJW50热疲劳开裂的探讨

对钢结硬质合金GJW50试样进行了冷热循环实验,观察了试样在热应力作用下热疲劳裂纹的萌生、扩展以及试样开裂的全过程。结果表明:热疲劳裂纹出现前,在试样的光滑缺口边缘上产生了明显的塑性变形,呈现出凹凸不平。在试样缺口顶端的凹坑内萌生首条裂纹,萌生地是小颗粒的WC粒子集聚区或大颗粒的WC"自裂纹"。萌生的首条裂纹沿着与热循环方向平行的方向扩展,最终成为主裂纹。其扩展途径主要为沿WC聚集区和钢基体相的界面扩展以及在大面积的WC粒子聚集区内扩展。主裂纹遇到钢基体相后受阻,裂纹尖端钝化、转向,寻找耗能少的区域扩展。主裂纹在扩展时形成二次裂纹,但未形成明显上的龟裂;最终,仍然是主裂纹导致试样断裂。     

碳化钨钢结硬质合金表面热疲劳裂纹扩展的观察

本文借助于光学显微镜和扫描电镜，全面观察了在热应力的作用下，热疲劳裂纹在GJW50碳化钨钢结理质合金（未经锻造）表面扩展的全过程．观察结果表明，热疲劳扩展方式与硬质合金中的硬质相分布状态有关．小颗粒的硬质相聚集区与钢基体的界面是热疲劳裂纹的主要扩展地；热疲劳裂纹前沿已经开裂的大颗粒硬质相为热疲劳裂纹扩展的必经地．     

电冶钢结硬质合金DGJW50热冲击行为的研究

对DGJW50电冶钢结硬质合金进行了热冲击试验,在光学金相显微镜下观察了裂纹的形成和组织变化。实验结果表明,热冲击裂纹的形成存在孕育期,随着热冲击循环温度差值的增加和冷却速率的加快,热冲击裂纹孕育期缩短,裂纹扩展速率加快,裂纹孕育期间,缺口处形成蚀坑,且蚀坑是沿着WC/钢基体界面处分布的,随着热冲击循环次数的增加,蚀坑长大并连接成裂纹。裂纹形成以后,沿着WC/钢基体界面扩展。     

WC-6%Co硬质合金辊环的热疲劳行为研究

本文以用于成品机架的WC-6%Co(文中含量均为质量分数)硬质合金辊环为研究对象,在其轧制400 T 80A帘线钢线材后,根据轧槽的表面形貌、金相显微组织和裂纹扩展情况对热疲劳裂纹特征进行了分析;结合轧制工况条件,对热疲劳裂纹的形成进行了讨论。分析结果表明:WC-6%Co硬质合金辊环轧槽表面上并未出现明显的龟裂纹,轧槽上的热疲劳裂纹细小且浅;轧制过程中的磨损、氧化、粘结相元素的扩散和冷却水的冲刷等因素的共同作用导致了材料中的WC晶粒的碎化和剥落而形成凹坑;热裂纹在向轧槽内部扩展过程中,以粗大WC晶粒的穿晶断裂为主;辊环材料的高的导热性和断裂韧性能够抑制热疲劳裂纹的萌生和扩展。     

离心铸造LGJW20钢结硬质合金热疲性能研究

在自约束型热疲劳试验机上对LGJW20钢结硬质合金进行了热疲劳试验,借助金相分析、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法观察了合金的显微组织,重点研究了LGJW20的热疲劳性能表现,分析了热处理工艺对合金热疲劳性能的影响。结果表明:合金中硬质相主要由鱼骨状共晶碳化物、网状二次碳化物及大块状碳化物组成;合金的热疲劳裂纹在缺口根部萌生,以一条主裂纹形式沿碳化物扩展;合适的热处理工艺能提高基体的高温屈服强度,改善合金的组织结构,提高了合金的热疲劳性能。LGJW20经过980℃淬火、200℃回火处理后热疲劳性能最佳。     

硬质合金疲劳性能研究进展

疲劳是影响硬质合金服役性能的主要因素之一,认识硬质合金疲劳失效机理及改善疲劳性能是目前硬质合金研究的重要方向。本文介绍了国内外硬质合金疲劳性能的研究动态,综合叙述了硬质合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为,疲劳裂纹通常萌生于孔隙、微裂纹、钴池、异常长大的WC晶粒等缺陷处,从应力比、温度、腐蚀环境、化学成分及微观组织等方面分析了各因素对疲劳裂纹扩展行为的影响。总结了改善硬质合金疲劳性能的主要方法,通过提高粘结相含量、增加WC平均晶粒尺寸、添加Ni、Cr元素、热处理等可以有效提高合金疲劳性能。硬质合金在服役过程中需要承受热疲劳、机械疲劳、腐蚀疲劳等多种疲劳,接近真实服役状态下的多重疲劳机制耦合作用的疲劳性能还有待深入研究,对硬质合金疲劳性能测试评价的方法和理论还需要进一步完善。     

WC颗粒增强钢基复合材料热疲劳裂纹扩展方式与机理研究

以复合电冶熔铸技术制备的WC颗粒增强钢基复合材料为研究对象,通过热震试验,研究热裂纹的扩展方式、途径和基本规律,并分析了热疲劳机理。结果表明,萌生热裂纹需要一定的孕育期,五至十次循环后,裂纹就会萌生在缺口根部倒角圆弧与两边的切点处。热疲劳裂纹的扩展方式分为通过碳化物和钢基体的分界面扩展、贯穿大颗粒WC和大块碳化物扩展、沿网状碳化物链扩展、穿越WC小颗粒聚集区扩展、穿过鱼骨状碳化物扩展和穿越钢基体扩展。热疲劳裂纹的扩展可分为弯曲扩展或分岔扩展,裂纹扩展前方的孔洞、微裂纹和热应力聚集共同作用导致了热疲劳裂纹的延伸。热疲劳裂纹扩展机理是增强颗粒、钢基体、组织缺陷和热应力的综合作用结果。     

WC-Co硬质合金冲击疲劳行为的研究

利用实验室自制的调温、调频、调载冲击实验机对3种组织成分的WC-Co硬质合金进行了不同实验条件下的冲击疲劳试验,研究了组织成分及实验条件对硬质合金冲击疲劳寿命的影响;通过扫描电子显微镜(SEM)及透射电镜(TEM)重点分析了疲劳过程中硬质合金微观组织的变化。结果表明:硬质合金的冲击疲劳寿命随试验温度和冲击能量的升高而下降,且随着冲击能量和试验温度的提高其疲劳敏感性增大。WC-Co合金的冲击疲劳断裂主要是以WC/WC界面和粘结相开裂为主,裂纹沿WC/WC和WC/Co界面及在Co相中扩展。随冲击次数的增加WC中位错数量增多并相互缠结,同时Co相发生面心立方-堆垛层错-密排六方的马氏体转变。     

不同类型碳化物在基体中的分布对高速钢轧辊性能的影响

通过对具有不同组织的两种进口高速钢轧辊及一种国产辊环进行冷热疲劳试验及摩擦磨损试验，研究了不同类型碳化物在基体中的分布对高速钢轧辊性能的影响。结果表明，在晶界处分布的大块未溶共晶碳化物周围容易萌生裂纹，且大块的未溶共晶碳化物在经过多次冷热疲劳循环后容易碎裂并脱落，在磨损过程中，大块未溶共晶碳化物同样容易发生碎裂及脱落现象，大大影响耐磨损性能；裂纹容易沿晶界处分布的碳化物扩展，且晶界处分布大块的未溶共晶碳化物或碳化物联结成网状容易促进裂纹的扩展；晶界处M2C型碳化物与晶界成一定角度分布，具有一定阻碍裂纹扩展的作用；不同类型碳化物在基体中的弥散分布对于提高其耐磨性能具有很大作用。     

氧化对WC_p/钢基表层复合材料热裂纹萌生扩展的影响

利用负压实型铸渗工艺,通过涂覆预制块法,成功地制备了以高铬钢为基材,WC为增强颗粒的表层复合材料,通过氧化增重法、热震实验法及扫描电镜等分析测试方法重点研究了氧化对WC/钢基表层复合材料热裂纹萌生及扩展的影响。研究结果表明:WC颗粒在高于600℃时,会氧化成为结构疏松的WO3,并且随着温度的升高,氧化反应的速度加快,而WC的氧化,对热疲劳裂纹的萌生和扩展产生重要的影响。在500℃以上的空气环境中,复合材料基体会在裂纹源的尖端处形成氧化物。结合环境中的氧对裂纹扩展影响的分析可知,生成的氧化物为裂纹的扩展提供了途径,并且使复合材料极易在热应力的作用下导致开裂。     

碳含量对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验法,结合SEM、EDS以及Jmat-pro热力学计算软件等研究了碳含量(0.35%和0.71%)变化对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响。结果表明:提高含碳量后,钢中析出大量细小弥散的MC型碳化物,从而使0.71%C钢的抗回火软化性能和热稳定性能均强于0.35%C钢;冷热疲劳循环1000次后,提高碳含量推迟了疲劳裂纹的萌生,当循环次数增加到2000次后,虽然0.71%C钢表面和基体的软化程度均弱于0.35%C钢,但该钢存在较多尺寸较大且呈聚集状态分布的未溶碳化物,这些碳化物在应力的作用下与基体脱离,脱离处成为裂纹扩展的通道,从而促进了疲劳裂纹萌生和扩展。     

新型复合材料LGJW20显微组织的研究

利用离心铸造技术制备了GCr15和WC的新型复合材料,研究了其显微组织及其形成机理。研究结果表明:复合材料的显微组织由基体珠光体及多种碳化物组成;碳化物的形态主要有细小颗粒状、树枝状、鱼骨状、网状和条块状等;WC颗粒与钢基体在离心铸造过程中发生了溶解、扩散和析出,界面结合形式由原来的扩散结合界面转变为冶金结合界面。     

电冶稀土WC钢结硬质合金中碳化物特征的研究

采用电渣熔铸冶金工艺，用回收的碳化钨钢结硬质合金作原料，再加入微量的稀土，制备了新型的钢结硬质合金。用透射电镜、扫描电镜、金相显微镜及X射线衍射等测试手段研究了新材料中的碳化物的特征。结果表明：在该材料的显微组织中存在原始颗粒区和扩散区。原始颗粒区组织中碳化物的特征是存在大量变化甚微的角状大尺寸原始WCp及具有明显反应层的长椭圆状WC颗粒，界面反应产物为Fe3W2C。在粗大碳化钨颗粒附近能够原位生成先共晶析出相（WC和W2C），在较远处的钢基体中分布着细网状碳化物，同时有（Cr，Fe）7C3等条状复式碳化物生成；而扩散区主要细小W2C小颗粒、WC颗粒及再结晶W-Fe-C小颗粒组成。稀土的加入可提高WC颗粒分散性。     

稀土及热处理对中铬半钢的冲击疲劳性能的影响

研究了稀土元素及热处理对中铬半钢冲击疲劳性能的影响。结果表明，稀土与热处理复合作用，可加速网状共晶碳化物向弧立的块状转变，促进粒状碳化物的析出，有效地推迟裂纹的形成，降低裂纹扩展速率，提高中铬半钢的冲击疲劳抗力。     

DZ40M合金的热疲劳性能

采用扫描电子显微镜研究DZ40M定向凝固钴基高温合金的热疲劳性能。结果表明,随着上限温度的升高,裂纹扩展速率增加,热疲劳抗力降低。在上限温度相同时,随着保温时间的延长,热疲劳性能提高,在合金表面形成均匀致密的氧化物保护膜有利于热疲劳性能的提高。由于碳化物与基体的热膨胀系数不同,合金在受温度交替变化时,易在基体和碳化物界面处产生裂纹孔洞,从而萌生裂纹。热疲劳裂纹通过裂纹孔洞的相互连接向前扩展