【摘要】：現(xiàn)代機加行業(yè)對WC-Co硬質(zhì)合金刀具的加工效率、使用壽命和維護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用價值。作為近年來新興的表面改性技術(shù),強流脈沖電子束通過微秒級脈沖能量沉積,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,厚度達幾個微米的改性層,進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)合金為實驗材料,系統(tǒng)研究硬質(zhì)合金表面改性組織和性能變化規(guī)律,探索強流脈沖電子束硬質(zhì)合金表面改性機理和有效工藝方法,得到主要研究結(jié)果如下：對YG6硬質(zhì)合金進行強流脈沖電子束表面改性實驗,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,當脈沖次數(shù)達到20次時,微裂紋有明顯愈合,表面僅存少量熔坑,尺寸減小至～1.1μm。對YG8硬質(zhì)合金進行強流脈沖電子束表面改性實驗,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0.63 μm。改性表面會產(chǎn)生微裂紋,當脈沖次數(shù)達到50次時,微裂紋連接成網(wǎng)狀。對比不同加速電壓,使用27 kV時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WC,-x相、Co3W9C4相和石墨相。進一步的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合組織。經(jīng)20次脈沖處理,納米相分布相對更為均勻,所占面積分數(shù)達到39%。YG硬質(zhì)合金經(jīng)強流脈沖電子束改性的組織演變機制是形成fcc組織+M12C化合物+石墨相這樣一種亞穩(wěn)平衡體系。對YG6硬質(zhì)合金強流脈沖電子束改性試樣進行表面性能測試,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,其中27kV和20次脈沖處理試樣達到最佳狀態(tài),其磨痕深度較基體降低約82%,磨損率降至12.3 mm3min-1,僅為原始試樣的35%。耐蝕性實驗結(jié)果表明,經(jīng)強流脈沖電子束改性試樣的自腐蝕電流密度均低于原始材料(約為6.415×10-5 A/cm2),最低值達到1.495×10 A/cm2,耐蝕性能得到改善。與此類似,隨著強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,強流脈沖電子束處理可使硬質(zhì)合金表層轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米復合組織,并首次發(fā)現(xiàn)納米石墨原位析出現(xiàn)象,硬質(zhì)合金的表面顯微硬度和耐磨性能可以得到大幅度的提高。此外,尚有一些問題需要在今后繼續(xù)開展研究,如Co粘結(jié)相含量對改性組織轉(zhuǎn)變規(guī)律的影響,納米石墨相析出規(guī)律及其對表面耐磨性能的動態(tài)影響機制,從工藝和材料角度消除微裂紋的產(chǎn)生等。
【圖文】：

圖１．１強流脈沖電子束誘發(fā)不同處理層示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｚｏｎｅｓ邋ｇｅｎｅｒａｔｅｄ邋ｂｙ邋ＨＣＰＥＢ邋化ｅａｔｍｅｎｔ流脈沖電子束在表面改性處理中的應(yīng)用及xO究現(xiàn)狀逡逑電子的能量注入形式來劃分，可分為連續(xù)型電子束和脈沖型電子。連

設(shè)備如圖２．１所示，，主要分為電子槍、電源控制系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)和真空系電子槍的作用是產(chǎn)生強流脈沖電子束，它是整個實驗裝置的核屯、部件。電括脈沖高壓發(fā)生器、脈沖功率電源、磁場觸發(fā)電源等。診斷系統(tǒng)可Ｗ用來測、陰極加速電壓、電子束流、入射束平均能量密度等逡逑
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG711;TG661

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本文編號：2556401