強(qiáng)流脈沖電子束WC-Co硬質(zhì)合金表面改性組織及性能研究.pdf

1、現(xiàn)代機(jī)加行業(yè)對(duì)WC-Co硬質(zhì)合金刀具的加工效率、使用壽命和維護(hù)成本等方面提出更高要求，研究和開發(fā)硬質(zhì)合金刀具表面改性新工藝具有重要的實(shí)用價(jià)值。作為近年來新興的表面改性技術(shù)，強(qiáng)流脈沖電子束通過微秒級(jí)脈沖能量沉積，引發(fā)工件表層快速熔凝和應(yīng)力沖擊作用，可制備組織致密、成分均勻，厚度達(dá)幾個(gè)微米的改性層，進(jìn)而提高材料表面使役性能。本論文采用工業(yè)常用的YG6和YG8硬質(zhì)合金為實(shí)驗(yàn)材料，系統(tǒng)研究硬質(zhì)合金表面改性組織和性能變化規(guī)律，探索強(qiáng)流脈沖電子束硬

2、質(zhì)合金表面改性機(jī)理和有效工藝方法，得到主要研究結(jié)果如下:
　　對(duì)YG6硬質(zhì)合金進(jìn)行強(qiáng)流脈沖電子束表面改性實(shí)驗(yàn)，選擇加速電壓27kV，脈沖次數(shù)1、5、10、20、35次。發(fā)現(xiàn)隨脈沖次數(shù)增加，試樣表面形成厚度～0.8μm的重熔層，晶粒顯著細(xì)化，20次脈沖處理樣品表面晶粒平均尺寸～0.1μm。改性樣品表面均有熔坑和微裂紋產(chǎn)生，當(dāng)脈沖次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，微裂紋有明顯愈合，表面僅存少量熔坑，尺寸減小至～1.1μm。
　　對(duì)YG8硬質(zhì)合金

3、進(jìn)行強(qiáng)流脈沖電子束表面改性實(shí)驗(yàn)，選擇加速電壓23.4和27 kV，脈沖次數(shù)1、3、5、10、15、25、50次。發(fā)現(xiàn)對(duì)于同一加速電壓，隨著脈沖次數(shù)增加，試樣表面熔化程度增加，WC晶粒變得圓滑，形成了～1μm的重熔層。熔坑平均尺寸由最大值3.16μm逐漸減小至0.63μm。改性表面會(huì)產(chǎn)生微裂紋，當(dāng)脈沖次數(shù)達(dá)到50次時(shí)，微裂紋連接成網(wǎng)狀。對(duì)比不同加速電壓，使用27 kV時(shí)所形成的熔坑面密度更低。根據(jù)改性表面的結(jié)構(gòu)完整性來說，較好的工藝參數(shù)為

4、加速電壓27kV，25次脈沖。
　　通過微結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)合金表面改性層均形成面心立方WC1-x相、Co3W9C4相和石墨相。進(jìn)一步的TEM、EBSD等分析表明，YG6試樣表層的WC1-x相尺寸在20-100 nm之間，Co3W9C4相尺寸為十幾納米，石墨顆粒相尺寸小于100 nm，改性表層形成了納米復(fù)合組織。經(jīng)20次脈沖處理，納米相分布相對(duì)更為均勻，所占面積分?jǐn)?shù)達(dá)到39％。YG硬質(zhì)合金經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束改性的組織演變機(jī)制是形成f

5、cc組織+M12C化合物+石墨相這樣一種亞穩(wěn)平衡體系。
　　對(duì)YG6硬質(zhì)合金強(qiáng)流脈沖電子束改性試樣進(jìn)行表面性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著脈沖次數(shù)增加，表面顯微硬度呈現(xiàn)先升高后下降的現(xiàn)象，最大值較原始試樣提高了約36％。相應(yīng)地，磨痕深度與磨損率均呈現(xiàn)先下降后升高的的趨勢(shì)，其中27kV和20次脈沖處理試樣達(dá)到最佳狀態(tài)，其磨痕深度較基體降低約82％，磨損率降至12.3mm3min-1,僅為原始試樣的35％。耐蝕性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束改性試

6、樣的自腐蝕電流密度均低于原始材料（約為6.415×105 A/cm2），最低值達(dá)到1.495×10-5 A/cm2,耐蝕性能得到改善。
　　與此類似，隨著強(qiáng)流脈沖電子束脈沖次數(shù)增加，YG8試樣表面顯微硬度也呈現(xiàn)先升高后下降的現(xiàn)象，其中提高最明顯的是27 kV和25次處理試樣，表面顯微硬度約為2262HK，對(duì)應(yīng)的磨損率降至14.7 mm3min-1,約為原始試樣的38％。
　　上述研究結(jié)果表明，強(qiáng)流脈沖電子束處理可使硬質(zhì)合金表