基于微观结构的WC-Co硬质合金硬度预报模型EI北大核心CSCD

采用"随机法"构建了考虑WC-Co硬质合金的Co相体积分数、晶粒平均粒径分布、晶粒形心分布以及晶粒取向角分布的微观结构模型,结合显微压痕实验的有限元模拟,提出一种基于材料微观结构的硬度预报模型。结果表明:"随机法"构建的微观结构模型较好地反映了材料的真实细观结构特征;材料的硬度受微观结构的影响较大,其中以Co相体积分数和晶粒平均粒径分布最为显著。模拟结果与实验结果吻合较好,从而证明了提出的模型能够准确地预报WC-Co硬质合金的硬度。     

WC-Co硬质合金微观结构的参数化模型

为实现WC-Co硬质合金的性能预报和微观结构的优化,提出了一种基于"随机法"构建材料二维微观结构模型的方法,该模型包含WC-Co硬质合金微观结构中WC晶粒的平均粒径、形心位置、取向角、长径和短径尺寸以及Co相体积分数等基本参数。采用C++,Matlab和Python语言汇合编程,得到可以直接导入有限元分析软件的模型。结果表明:构建的模型反映了真实的微观结构特征,实现了微观结构的参数化建模。模型的设计参数与实际参数比较吻合,证明了建模方法的可行性和模型的可靠性。     

WC-Co硬质合金微观结构随机性表征

为表征WC-Co硬质合金微观结构的"随机性",使用Matlab和VC++汇合编程对材料显微组织的扫描电镜(SEM)图片进行了图像处理,提取出微观结构的轮廓,计算了微观结构的拓扑参数并统计其分布规律。结果表明:开发的图像处理软件能够准确地测量WC-Co硬质合金微观结构的平均粒径、形心位置、取向角、长径、短径和Co体积分数等参数;并使用概率密度分布函数实现了材料微观结构的"随机性"表征。     

脉冲电流密度对Ni-SiC镀层微观结构和显微硬度的影响

采用脉冲电沉积方法,在压缩机阀片表面制备Ni-SiC镀层。利用原子吸收分光光度计、透射电镜和硬度计研究脉冲电流密度对Ni-SiC镀层SiC粒子复合量、微观结构和显微硬度的影响。结果表明,随着脉冲电流密度的增大,Ni-SiC镀层SiC粒子的复合量先增加后略有降低。在脉冲电流密度为7A/dm2时,镀层SiC粒子的复合量高达9.92%(质量分数)。脉冲电流密度为7A/dm2时,镀层致密、晶粒细小,SiC粒子均匀分布于镀层中,且团聚现象较少。当脉冲电流密度为7A/dm2时,镀层的显微硬度高达842.9Hv。     

超细WC-Co硬质合金粉末的制备及其致密化研究

以超细碳化钨(WC)、氯化钴(CoCl2.6H2O)和柠檬酸钠(C6H5O7Na3.2H2O)为原料,水合肼(N2H4.H2O)为还原剂,使用液相还原法制备超细WC-Co硬质合金粉末,并通过低压烧结使其致密化,制得力学性能良好的WC-Co硬质合金。考察了反应体系温度对硬质合金粉包覆率、反应时间对包覆效果的影响,采用SEM、TEM、XRD等手段对硬质合金粉进行了表征,确定了制备超细WC-Co硬质合金粉的优化工艺条件,并对比了不同规格的WC-Co硬质合金烧结体的力学性能。结果表明,此方法制得的WC-Co硬质合金粉纯度高,粒径均匀,无团聚,低压烧结后所得硬质合金烧结体力学性能良好。     

抑制剂对WC-Co硬质合金涂层性能的影响

利用原位还原碳化反应合成的超细WC-12Co复合粉末作为原料, 分别添加1.0wt%晶粒长大抑制剂即VC、Cr₃C₂和NbC, 经团聚造粒和超音速火焰(HVOF)喷涂制备了超细结构的硬质合金涂层。研究了不同晶粒长大抑制剂对涂层的显微组织结构、物相、硬度、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果表明, 与未添加晶粒长大抑制剂涂层相比, 添加1.0wt% VC或Cr₃C₂制备的硬质合金涂层中WC颗粒的平均尺寸降低了约49%, 涂层硬度明显提高, 磨损速率降低了约52%~55%。添加1.0wt% NbC对制备涂层中WC颗粒尺寸的抑制作用不明显, Co粘结相中由于形成了(W, Nb)C化合物, 其耐蚀性获得显著提高, 但该化合物脆性大, 导致涂层耐磨性不及添加VC和Cr₃C₂制备的涂层。     

基于平台巴西劈裂试验下WC-Co硬质合金的动态响应与失效特性

为获取WC-Co硬质合金在动态拉伸加载下的力学性能和失效机制,设计了动态平台巴西劈裂试验。结果发现,WC-Co硬质合金具有典型的弹脆性特征,且断裂应变随着加载应变率的增加而略有增加。在一维应力波加载下,WC-Co硬质合金的动态抗拉强度随应变率的增加而增加,表明其应变率效应具有明显的正相关性,该效应的产生机制与典型陶瓷类材料是一致的,即由I型裂纹的亚临界扩展决定。对回收破碎试样进行微观形貌观察,发现平台圆盘中间位置处微观断裂模式主要为沿晶断裂,且在拉应力作用下形成韧窝断裂形貌;在靠近加载点位置区域,受多向应力作用,材料不仅存在韧窝断裂,在单个晶粒的局部劈裂表面还存在河流花样的解理断裂。宏观角度上,WC-Co硬质合金表现出明显的脆性特征,但微观角度却发现有局部塑性变形特征。     

富Co-layers硬质合金表面渗氮处理微观结构和性能研究

采用两步法烧结工艺制备了表面富Co-layers硬质合金和表面富Ti基硬质相层硬质合金,对比研究了氮化处理前后硬质合金表面微观形貌、生成相和力学性能的差异。研究表明:真空条件下烧结可在试样表层生成约20μm厚的Co-layers,该层中不含立方碳化物相,微观结构分析发现试样表面呈现山丘形貌且具有金属亮银色光泽,可用于修复试样表面缺陷,如微观裂纹、孔洞等,并且改善硬质合金表面韧性和提高涂层与基体之间的界面结合强度。氮化处理可在合金表面原位生成富含细晶粒的TiN相层,层厚约1μm,微观结构分析发现该层呈金色或棕色,表面较为平整。通过性能对比分析发现渗氮虽然导致试样密度小幅降低,但是可显著改善晶粒尺寸分布不均和增加表层硬质相中的微应变,能够在提高表面硬度的同时依然保持较高韧性,同时可有效改善硬质合金的刀具耐磨性和使用寿命。     

WC-Co添加量对激光熔覆镍基涂层微观结构及摩擦学性能的影响

为了使激光熔覆镍基耐磨涂层得到更广泛的应用,通过激光熔覆技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了NiCrBSi/WC-Co镍基涂层,研究了WC-Co添加量对涂层微观结构及摩擦学性能的影响。结果表明:随WC-Co添加量的增加,镍基涂层的结构由枝晶和枝晶间的共晶逐渐向球状晶和块状晶转变,涂层的硬度和耐磨性增加。     

热处理对Ni-P镀层结构及硬度的影响

采用化学镀的方法,在低碳钢基体上制备了纳米相含量不同的镀层.镀层在氩气保护下,分别经200,400℃保温1h进行热处理.采用电子探针(EPMA)、XRD射线衍射以及维氏硬度计研究了镀层热处理前后结构及硬度的变化.结果表明,随着纳米相含量的增多,镀层由非晶逐渐变为纳米晶,而硬度相应变大.200℃保温1h热处理,非晶与混晶镀层由于少量析出物Ni3P的出现使得硬度增大,而纳米晶镀层由于发生了弛豫使得镀层硬度降低.400℃保温1h热处理时,试样均发生了晶化,析出弥撒的Ni3P金属间化合物以及Ni相,纳米晶镀层的Ni相峰值强度增大最多,而非晶镀层所对应的Ni相峰值强度增大较少.然而,经400℃保温1h热处理后,非晶镀层硬度增大最多,这归因于非晶镀层析出的Ni3P金属间化合物数量多于混晶以及纳米晶镀层.     

冷喷涂Cu-Cu2O涂层微观结构与沉积特性

本实验通过冷喷涂技术制备了Cu2O的质量含量分别为0％,10％,20％和30％的四种Cu-Cu2O涂层.通过环境扫描电镜、金相显微镜对涂层孔隙率和颗粒变形率等微观结构进行了分析,同时对涂层进行了显微硬度检测,讨论了涂层微观结构、显微硬度和涂层沉积效果之间的关系.各组分涂层均具有较低的孔隙率,能有效起到阻止海水等腐蚀性介质渗入,具有较好的耐蚀性.涂层孔隙率随Cu2O含量的增加而降低.涂层中颗粒变形较充分,涂层致密度较好.铜颗粒的平均变形程度与涂层显微硬度均随涂层中Cu2O含量的增加而增大.     

冷却速度对无铅焊料Sn-3．5Ag合金微观组织和显微硬度的影响

在～10^2K／s、～10^3K／s和～10^4K／s的冷速条件下研究了凝固速度对无铅焊料Sn-3．SAg合金微观组织和显微硬度的影响。结果表明：由于非平衡凝固条件下动力学过冷的影响，导致了该共晶合金实际凝固过程开始于平衡共晶凝固点以下，合金凝固组织中包含初生β-Sn枝晶，且该初生β-Sn枝晶组织随合金凝固速度的提高而发生细化。另外，维氏硬度测试结果表明，无铅焊料Sn-3．5ag合金在不同冷速条件下的凝固组织与显微硬度的关系符合经典Hall-Petch关系式，即初生β-Sn枝晶细化能显著提高焊料合金的显微硬度。     

基于小波分析的维氏硬度自动测试

材料表面维氏硬度试验压痕区域用数字图像处理技术自动准确提取是一个技术难点。提出了一种分析策略，利用小波多分辨率理论分析取样信号，有效地提取了马氏体组织上硬度试验压痕边缘，并实现了维氏硬度的自动计算，在应用中取得了很好的效果。     

Cr含量对WC-Co硬质合金显微组织和力学性能的影响

采用低压烧结技术制备了不同Cr含量的WC-8Co硬质合金,通过XRD、SEM和力学性能测试等手段分析了Cr含量对硬质合金物相、显微结构和合金的力学性能的影响。结果表明,当Cr含量<0.9%时,合金由WC+γ-(WC)相组成,添加量增至0.9%及以上时,组织中出现缺碳相Co3W3C;随着Cr含量的增加,WC晶粒不断细化,当添加量为0.6%时,合金的综合力学性能最佳,其抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性分别为3885MPa、1632.4HV30、9.82MPa.m1/2。     

香螺壳的结构和微观力学性能

测量产自黄/渤海海域的香螺贝壳的硬度和弹性模量,研究了贝壳的结构与性能之间的关系.结果表明,香螺贝壳主要由方解石和文石两种矿物镶嵌在有机质中构成,方解石结构为不均匀的柱状晶,文石结构为多级超微的交错纹状结构,其中第三级结构为10-80 nm的纳米级纤维.文石的力学性能优于方解石的性能.贝壳类复合材料的压痕效应主要源于裂纹扩展,而微观裂纹扩展与晶体类型以及晶体结构的排列方式是密切相关的.方解石裂纹形状曲折、不规则且沿着方解石层的边界扩展,抗裂纹扩展能力较差;而文石压痕周围平直清晰,裂纹沿着其二级结构界面扩展,性能较好.     

TiC含量对WC-TiC-TaC硬质合金材料微观组织及力学性能的影响

本研究采用真空热压烧结技术, 在1600℃下制备了WC-TiC-TaC硬质合金材料, 研究了TiC含量对其微观组织及力学性能的影响。结果表明, 随着TiC含量的增多, 硬质合金材料的晶粒显著增大。当TiC的含量从10wt% 增加到25wt%时, 硬质合金材料的硬度逐渐增大, 最高可达19.81 GPa, 这是由于TiC的硬度高于基体WC的硬度; 与此同时, 硬质合金材料的抗弯强度和断裂韧度逐渐减小。当TiC的含量为10wt%时, 材料的抗弯强度有最大值, 其值为1147.24 MPa, 这是由于在材料内部形成了均匀、细小的晶粒组织; 在此含量下, 复合材料的增韧机理为细晶增韧、裂纹偏转、裂纹分支、裂纹桥接和韧窝增韧, 其断裂韧度有最大值, 为14.60 MPa·m^1/2。     

电弧离子镀制备(TiCr)N薄膜的微观结构及性能

利用电弧离子镀 (ArcIonPlating)方法 ,通过对独立的Ti靶和Cr靶的弧电流进行控制 ,成功地在高速钢 (HSS)基体上制备了不同成分配比的 (TiCr)N薄膜。采用X射线衍射 (XRD)分析显示 :薄膜为单一的fcc的结构、没有TiN或CrN相存在 ;薄膜呈 (2 2 0 )结构 ,薄膜的晶格常数随着Cr含量的增加而减小。透射电子显微镜 (TEM)结果表明 :(TiCr)N薄膜的晶粒尺度为2 0nm左右。显微硬度测试表明 :薄膜具有很高的硬度 ,而且随弧流比的变化 ,硬度值有一极大值。同时 ,本文探讨了 (TiCr)N薄膜的宏观残余应力、显微硬度和Cr含量之间的关系及其微观机制     

冷却速度对无铅焊料Sn-3.5Ag合金微观组织和显微硬度的影响

在～102K/s、～103K/s和～104K/s的冷速条件下研究了凝固速度对无铅焊料Sn-3.5Ag合金微观组织和显微硬度的影响.结果表明:由于非平衡凝固条件下动力学过冷的影响,导致了该共晶合金实际凝固过程开始于平衡共晶凝固点以下,合金凝固组织中包含初生β-Sn枝晶,且该初生β-Sn枝晶组织随合金凝固速度的提高而发生细化.另外,维氏硬度测试结果表明,无铅焊料Sn-3.5Ag合金在不同冷速条件下的凝固组织与显微硬度的关系符合经典Hall-Petch关系式,即初生β-Sn枝晶细化能显著提高焊料合金的显微硬度.     

基于三维重构的材料微观结构研究现状

讨论了材料科学进行三维重构的意义和必要性,详细介绍了基于三维重构的材料微观结构研究的4个步骤:二维图像的获取、二维图像的处理、三维重构和材料微观结构研究.提出由于基于三维重构的材料微观结构研究材料能够分析出材料的宏观力学性能对微观结构的依赖关系,所以进行基于三维重构的材料微观结构研究方法能够对复合材料的设计提供有力的支持.