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川大《MSEA》：殘余應力誘導深冷+回火硬質合金相變和織構演變

2022-05-06 11:25:01 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

超粗晶粒硬質合金在使用過程中遭受較大的沖擊載荷和熱應力循環，雖然斷裂韌性顯著提高，但犧牲了硬度和強度。后處理能夠影響硬質合金的微觀結構和性能，首先Co相的晶體結構能從fcc轉變為hcp，Co的相變會使硬度和橫向斷裂強度提高；其次晶格在深冷下的收縮可以促進空位的塑性流變，從而提高界面結合強度；并且后處理引入的殘余應力，降低了切削力和刀具磨損，能夠延長了刀具的切削壽命。然而后處理對于殘余應力演變、Co粘結相的相變、WC硬質相的織構和性能之間的關系尚不完全清楚。

近日，川大研究人員研究了深冷+回火后微觀結構變化對強度、硬度和韌性的影響，相關論文以題為“Residual stress evolution enhanced martensite phase transition and texture development in cryogenic-tempered WC-Co ultra-coarse grained cemented carbiden”發表在Materials Science and Engineering: A。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142592

本文以WC-6Co的硬質合金為材料，在經過深冷+回火的處理后利用X射線衍射技術，用sin2（ ψ ）-2θ法分析了深冷+回火后的超粗晶硬質合金處理殘余應力的演變，并利用EBSD技術表征了Co粘結相的相變和WC硬質相的擇優取向。研究表明晶粒尺寸、形狀以及材料密度沒有明顯變化，并且γ相的濃度波動較小小，未有η相沉淀。

圖1XRD圖譜和燒結態（ a）、深冷處理態（ b）、回火態（ c）硬質合金WC相的sin2（ψ ）-2θ擬合曲線以及WC相殘余應力計算結果（ d ）

深冷處理后，由sin2 （ψ ） - 2θ X射線衍射法計算的WC相平均壓縮殘余應力增加了60.84%。回火處理使殘余應力得到緩解，甚至使壓應力轉變為拉應力，變化可達101.97%。

圖2 EBSD生成燒結態（a ）、深冷態（b ）、回火態（c ）硬質合金的Co相分布和鈷相百分比（d ）

深冷+回火處理處理后hcp/fcc的平均比例從燒結階段的1.75%增加到4.22%和11.61%。考慮到回火溫度低于Co的相變點，因此回火處理過程中的馬氏體相變因較大的殘余應力演變而增強。殘余應力作用于面心立方結構的Co相，補充馬氏體相變所需的能量，而應力增強的無擴散相變是Co相fcc向hcp馬氏體轉變的主要機制。