纳米稀土硬质合金YG11R的成分与工艺优化及磨损研究

论文摘要

本文以矿用硬质合金为应用背景,利用纳米材料的小尺寸效应、表面效应等特征,通过向硬质合金传统制备工艺的原料中加入微量纳米级稀土来进行改性,以提高矿用硬质合金的抗弯强度、断裂韧性、冲击韧性以及磨损性能。利用正交设计方法设计了九种试验方案,采用真空烧结制得九种合金YG11R。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）分析等技术对九种合金的显微组织结构进行了观察和研究,并对合金的硬度、抗弯强度、断裂韧性、冲击韧性、磨损性能以及矫顽磁力和钴磁等各项性能进行检测。利用正交试验分析方法,研究烧结温度、WC粒径大小、球磨时间以及添加剂含量对合金各项力学性能的影响,并取得最佳方案为:烧结温度为1450℃, WC粒径为11μm ,球磨时间为28h ,添加剂含量为0.05%0.15%。合金的XRD物相分析中只发现WC和Co的衍射峰,并未发现缺碳相的衍射峰。合金元素分布的面扫描结果表明WC晶粒、Co相以及稀土分布都比较均匀,并且没有发现明显的异常粗大颗粒。TEM微观结构观察和分析表明,合金中存在一定量的α-Co和少量具有层错结构的ε-Co。断口形貌SEM观察表明合金Z7的主要断裂机制为沿晶断裂,Z8和Z9的主要断裂机制为穿晶断裂。对于制得的九种合金,Z4和Z7的硬度最大,为HRA89.0。Z5的抗弯强度最高,达2548MPa。Z8的断裂韧性最高,为20.48MPa·m1/2。Z1合金的冲击韧性最好,冲击功为4.44J。以石英砂为磨料,利用冲击磨料磨损研究矿用硬质合金的磨损性。根据冲击磨料磨损性能测试结果可知,Z7的磨损性能最好。通过对磨损表面的形貌观察可知以石英砂为磨料的冲击磨料磨损机制主要为WC颗粒的断裂、破碎以及剥落。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的
• 1.2 硬质合金工业的发展状况
• 1.2.1 国外硬质合金工业发展
• 1.2.2 国内硬质合金工业发展
• 1.2.3 硬质合金研究和发展动态
• 1.3 矿用硬质合金
• 1.3.1 矿用硬质合金的特性
• 1.3.2 我国矿用硬质合金的发展历程
• 1.4 稀土硬质合金
• 1.4.1 国外研究概况
• 1.4.2 国内研究概况
• 1.4.3 稀土的强韧化机理
• 1.4.4 研究中存在的问题及今后发展趋势
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验方案设计
• 2.1.1 技术路线
• 2.1.2 正交试验设计
• 2.2 样品的制备工艺
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 球磨混粉
• 2.2.3 掺蜡
• 2.2.4 成型
• 2.2.5 烧结
• 2.3 微观组织表征
• 2.4 物理力学性能测试
• 2.4.1 物理性能
• 2.4.2 力学性能
• 第3章 物理性能及微观组织分析
• 3.1 物理性能测试及分析
• 3.1.1 粉末的物理性能
• 3.1.2 合金的物理性能
• 3.2 微观组织及物相分析
• 3.2.1 X 射线衍射分析
• 3.2.2 元素分布的面扫描
• 3.2.3 透射电镜分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 常规力学性能及正交试验结果分析
• 4.1 常规力学性能分析
• 4.1.1 硬度
• 4.1.2 抗弯强度
• 4.1.3 断裂韧性
• 4.1.4 冲击韧性
• 4.2 正交试验结果分析
• 4.2.1 烧结温度对性能的影响
• 4.2.2 WC 粒径对性能的影响
• 4.2.3 添加剂含量对性能的影响
• 4.2.4 球磨时间对性能的影响
• 4.3 选取最佳方案
• 4.4 本章小结
• 第5章 冲击磨料磨损行为及机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 磨损试验结果
• 5.3 磨损机理研究
• 5.3.1 磨损机理研究状况
• 5.3.2 磨损形貌观察及机理分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学位论文
• 致谢