电冶钢结硬质合金DGJW50热疲劳行为的研究

论文摘要

电冶钢结硬质合金DGJW50是采用电冶熔铸工艺制备而成的新型WC颗粒增强钢基复合材料。对其进行了热循环实验，观察热疲劳裂纹的萌生及扩展形态，研究了该材料的热疲劳行为。同时采用了热处理工艺强化钢基体相组织，以及表面渗硼工艺硬化合金表面，研究这两种工艺对DGJW50抗热疲劳性能的影响。研究结果表明，DGJW50热疲劳裂纹萌生也存在一个孕育期，在本实验条件下，约经过5次至10次热循环后，裂纹在缺口尖端处萌生。裂纹萌生地主要为：枝晶碳化物和复式碳化物。对于合金中的两大相：硬质相和钢基体相，前者硬而脆，而后者为强韧相。裂纹优先在硬质相区扩展，扩展的方式及途径包括枝晶碳化物的脆断，原始WC颗粒和复式碳化物的开裂以及两者之间的界面脱离。原始碳化物开裂后仍保有原始形貌，复式碳化物开裂后易“碎化”。与未经热处理的原始DGJW50相比，热处理后的DGJW50综合力学性能得到了很大提高，同时钢基体析出的较多细小均匀二次碳化物钝化了裂纹尖端，降低裂纹扩展速率，故显著提高了材料的抗热疲劳性能。表面渗硼全面硬化了DGJW50表面。热循环初期，渗硼层对基体材料起到了一定的保护作用，延缓了裂纹在基体材料的萌生和扩展。故表面渗硼DGJW50热疲劳性能高于原始材料的抗热疲劳性能。热循环期间，对于DGJW50的两大基本相——硬质相和钢基体相，硬质相受到了一定的破坏，而钢基体和两者界面受损较弱，表明材料的抗热疲劳性能较好。采取有效措施提高硬质相的热疲劳抗力，材料整体的抗热疲劳性能必将大大提高，这为本材料大规模推广应用于热作模具奠定了坚实的理论基础，明确了今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属基复合材料热疲劳的研究现状
• 1.2.1 研究材料及制备方法
• 1.2.2 电冶熔铸法制备颗粒增强钢基复合材料
• 1.2.3 研究方法
• 1.3 热疲劳机理
• 1.3.1 颗粒增强金属基复合材料热疲劳机理
• 1.3.2 短纤维或晶须增强金属基复合材料热疲劳机理
• 1.3.3 连续纤维增强金属基复合材料热疲劳机理
• 1.4 热疲劳影响因素
• 1.4.1 增强体
• 1.4.2 循环温度
• 1.4.3 界面
• 1.4.4 表面处理
• 1.5 金属基复合材料热疲劳研究前景
• 1.6 本课题的研究内容及意义
• 第二章 实验材料、性能测试及分析表征
• 2.1 实验原材料的选用
• 2.1.1 基体材料的选择
• 2.1.2 增强体材料的选择
• 2.2 实验材料的制备
• 2.3 实验方案的确定
• 2.4 试样处理
• 2.4.1 热处理
• 2.4.2 表面渗硼
• 2.4.3 渗硼后热处理
• 2.5 试样的性能测试
• 2.5.1 洛氏硬度检测
• 2.5.2 维氏硬度（GPa）及显微维氏硬度检测
• 2.6 试验仪器及设备
• 第三章 DGJW50经热处理后的组织和性能变化
• 3.1 前言
• 3.2 DGJW50原始组织
• 3.3 淬火、回火态组织结构
• 3.3.1 淬火态组织特征
• 3.3.2 回火态组织特征
• 3.3.3 淬火与回火态的碳化物相
• 3.4 热处理后DGJW50硬度的变化
• 3.5 本章结论
• 第四章 DGJW50经表面渗硼处理后的组织和性能变化
• 4.1 引言
• 4.2 渗硼机理
• 4.3 渗硼层显微结构
• 4.4 温度和时间对渗硼层厚度的影响
• 4.5 本章结论
• 第五章 DGJW50热疲劳裂纹萌生和扩展的观察
• 5.1 前言
• 5.2 热疲劳裂纹孕育期
• 5.3 裂纹的萌生
• 5.3.1 裂纹萌生地的显微组织观察
• 5.4 裂纹的扩展
• 5.4.1 热疲劳裂纹扩展形态
• 5.5 碳化物破坏形式
• 5.6 本章结论
• 第六章 DGJW50热疲劳机理以及影响因素
• 6.1 前言
• 6.2 DGJW50热疲劳裂纹萌生机制
• 6.3 DGJW50热疲劳裂纹扩展机制
• 6.4 DGJW50抗热疲劳性能影响因素
• 6.4.1 循环加热温度
• 6.4.2 缺口角度
• 6.4.3 热处理工艺
• 6.5 热循环期间硬度变化
• 6.6 本章结论
• 第七章 表面渗硼DGJW50热疲劳行为研究
• 7.1 前言
• 7.2 表面渗硼DGJW50热疲劳裂纹
• 7.2.1 渗硼层表面裂纹
• 7.2.2 渗硼层内的热疲劳裂纹
• 7.3 渗硼层热疲劳裂纹萌生和扩展机制
• 7.4 渗硼层硬度的变化
• 7.5 渗硼层抗热疲劳性能
• 7.6 本章结论
• 第八章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况