Cr對(duì)WC基硬質(zhì)合金力學(xué)性能和腐蝕性能影響的試驗(yàn)研究.pdf

1、在WC基硬質(zhì)合金生產(chǎn)中，為了提高合金的耐腐蝕性能，通常的做法是加入Cr，Ni等元素對(duì)粘結(jié)相進(jìn)行合金強(qiáng)化，然而加入Cr以后對(duì)硬質(zhì)合金材料性能的影響機(jī)制還不完全清楚。本文以WC-(CoNiCr)合金為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了不同含量的Cr對(duì)硬質(zhì)合金的力學(xué)性能以及腐蝕性能的影響。 采用金相顯微鏡觀察了合金微觀組織結(jié)構(gòu)，排水法測(cè)試了合金密度，在力學(xué)性能試驗(yàn)中，分別采用洛氏硬度計(jì)、三點(diǎn)靜態(tài)負(fù)載法等試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)試手段對(duì)含Cr硬質(zhì)合金的硬度和抗彎強(qiáng)度

2、等機(jī)械力學(xué)性能做了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，當(dāng)合金粘結(jié)相中添加少量Cr(＜7wt％)時(shí)，合金的晶粒度變細(xì)但是卻出現(xiàn)個(gè)別晶粒的異常長(zhǎng)大現(xiàn)象；隨著Cr含量增加，合金的晶粒得到更加明顯的細(xì)化并且組織變得均勻；在Cr的添加量為18wt％附近時(shí)，合金的晶粒度最細(xì)；當(dāng)Cr添加量進(jìn)一步增加，合金的晶粒度稍微變的粗大但是組織仍然十分均勻。合金的燒結(jié)密度和晶粒度大小密切相關(guān)，隨Cr含量的變化，在合金晶粒度最細(xì)的時(shí)候密度達(dá)到最高值，然后隨著合金晶粒稍變得粗大其密

3、度也稍微減小。Cr含量對(duì)合金的洛氏硬度影響規(guī)律不明顯，在15wt％附近時(shí)硬度存在較大值。隨著Cr含量增加，合金的抗彎強(qiáng)度逐步降低，和不含Cr的合金相比較，當(dāng)Cr含量增加到20wt％時(shí)，WC-10(NiCoCr)的抗彎強(qiáng)度從2400MPa降低到1800MPa，WC-15(NiCoCr)則從2500MPa降低到2000Mpa。 在腐蝕性能試驗(yàn)中，借助于失重法、旋轉(zhuǎn)圓盤沖刷設(shè)備、電化學(xué)測(cè)試設(shè)備、電子掃描顯微鏡(SEM/EDS)等試驗(yàn)技

4、術(shù)和測(cè)試手段，研究了Cr含量對(duì)材料腐蝕性能的影響以及合金材料在動(dòng)態(tài)沖刷腐蝕條件下的腐蝕機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，在浸泡腐蝕試驗(yàn)中，即使是添加少量的Cr就會(huì)使合金材料的耐腐蝕能力顯著增強(qiáng)，腐蝕失重明顯減少，并且隨著Cr含量的增加，合金的腐蝕抗力進(jìn)一步增強(qiáng)；在沖刷腐蝕試驗(yàn)中，各種成分合金的最大腐蝕速率都出現(xiàn)在沖蝕角度為60°的時(shí)候；當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓盤的轉(zhuǎn)速達(dá)到1000rpm附近時(shí)，合金的腐蝕失重增速加大，力學(xué)協(xié)同破壞的影響開始明顯表現(xiàn)出來。通過對(duì)沖刷腐蝕

5、后的合金試樣表面及斷面進(jìn)行SEM觀察，可以知道，含Cr硬質(zhì)合金在腐蝕溶液中形成的鈍化膜更加完整、致密，和基體金屬的結(jié)合力也更強(qiáng)。在高速湍流的腐蝕溶液中，高Cr含量合金的腐蝕失重主要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：(1)合金材料進(jìn)入腐蝕介質(zhì)，表面被氧化形成保護(hù)性鈍化層；(2)腐蝕性流體不斷沖刷，鈍化層逐漸減薄，局部被撕裂，出現(xiàn)剝離現(xiàn)象；(3)新鮮金屬重新裸露在腐蝕介質(zhì)中，迅速發(fā)生新的鈍化，生成鈍化層。可以看出，高Cr含量合金的腐蝕失重主要是鈍化層的不斷

6、減薄、剝離造成；而不含Cr的合金腐蝕失重更多是由于粘結(jié)相的快速溶解導(dǎo)致硬質(zhì)相大片脫落引起的，力學(xué)的協(xié)同破壞作用非常明顯。從兩種試驗(yàn)可以得出結(jié)論，在硬質(zhì)合金中加入Cr，使得合金粘結(jié)相在腐蝕環(huán)境中更容易鈍化而形成和基體金屬結(jié)合致密的鈍化膜，減少了基體金屬和腐蝕介質(zhì)的接觸同時(shí)減弱了沖刷帶來的機(jī)械破壞作用，從而降低了腐蝕速率，提高了合金腐蝕抗力。從合金在1mol/LH2SO4、lmol/LHNO3的極化曲線可以看出，和不含Cr的合金比較，高Cr