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      液氮深冷箱深冷處理的強化機理 發布時間:2021-08-27

        磨損和早期斷裂是工模具的主要失效形式。硬質合金的深冷處理主要應用在工模具上。工模具的磨損主要為粘結磨損和磨粒磨損;早期斷裂主要為韌性不足。因此,對于其強化機理的研究也主要集中在其耐磨性和使用壽命兩方面,但對物理性能的影響不明顯。



        (1)相變強化。


        硬質合金中的Co存在面心立方晶體結構的α相(fcc)和密排六方晶體結構的ε相(hcp)2種晶體結構。ε-Co比α-Co具有較小的摩擦系數,耐磨損性強。在417℃以上α相的自由能較低,所以Co以α相形式存在。在417℃以下ε相的自由能較低,高溫穩定相α相轉變為自由能較低的ε相。


        但是由于WC粒子及α相中固溶異類原子的存在,對相變有較大的約束力,使得α→ε相變阻力增大,使得溫度降到417℃以下時α相不能完全轉變為ε相。深冷處理可以更大的增加α與ε兩相自由能差,從而增加相變驅動力,增大ε相轉變量。經過深冷處理的硬質合金,一些溶解在Co中的原子,由于溶解度的降低而以化合物的形式析出,可以增加Co基體中的硬質相,阻礙位錯運動,起到第二相粒子強化作用。


        (2)表面殘余應力的強化。


        深冷處理后研究表明,表層殘余壓應力增加。許多研究者認為表層中產生一定值的殘余壓應力可大大提高其使用壽命。硬質合金在燒結后冷卻過程中,粘結相Co受到拉應力,WC粒子受到壓應力,拉應力對Co的損害較大。因此還有研究者認為深冷導致的表層壓應力的增加減緩或部分抵消了粘結相在燒結后的冷卻過程中產生的拉應力,甚至調整成壓應力,減少微裂紋的產生。


        (3)其它強化機理。


        有人認為深冷處理后,基體中形成的η相粒子連同WC 顆粒使得基體變得更緊密更牢固,而且由于η相的形成,消耗了基體中的Co。粘結相Co含量的降低,增加了材料整體的熱導率,碳化物顆粒尺寸和鄰接度的增長也增加了基體的熱導率。由于熱導率的增加,使得工模具尖端的散熱更快;提高了工模具的耐磨性和高溫硬度。還有人認為深冷處理后由于Co的收縮致密,使得Co對WC粒子的把持牢固作用加強。物理學家認為深冷改變了金屬的原子和分子的結構。


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