复合耐磨钢板的梯度结构硬质合金表层解析

复合耐磨钢板的梯度结构硬质合金的表层钴含量低于合金的名义钴含量，中间层的钴含量高于合金名义钴含量，合金的芯部为WC+Co+η三相组织。具有这种显微组织结构的合金其表层具有很高的硬度，合金的中间层具有很好的韧性，因而能够同时提高合金的表面硬度、耐磨损性能以及抗弯强度和冲击韧性。本文通过光学显微分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析、透射电镜分析、密度测定，矫顽磁力以及力学性能测试等手段研究了合金碳含量、烧结温度、渗碳时间、渗碳方式对合金显微组织结构、力学性能和物理性能的影响。通过对杂质原子在液态金属中的扩散研究，建立了碳原子在液态钴相中的扩散系数方程，利用所获得的扩散数据计算了WC+Co两相区梯度结构厚度与工艺参数的关系，并建立了有效的数学模型。本文还分析了合金在渗碳过程中WC+Co两相区梯度结构的形成机理。获得以下主要结论： 1)渗碳过程中碳原子的扩散主要通过合金中的钴相向合金内部扩散。因此，渗碳过程中梯度结构的形成主要受碳原子的扩散速率和合金表面的有效扩散面积控制。一般情况下，随着合金碳含量和渗碳时间的增加，合金中WC+Co两相梯度结构的厚度也相应增加。合理选择渗碳处理工艺能够在保持合金表面高硬度的情况下，同时提高合金的抗弯强度和冲击韧性。 2)建立了杂质原子在液态金属中的扩散系数方程。采用该方程计算了杂质原子在不同温度液态金属中的扩散系数，研究结果表明，该方程可以用于计算碳原子在液态钴相中的扩散系数。利用所建立的梯度结构形成动力学方程计算了渗碳过程中梯度结构厚度随渗碳时间的关系，所得到的结果与实验结果比较接近。 3)渗碳处理过程中梯度结构的形成主要与WC的溶解—析出和液相烧结过程中WC颗粒的协调转动有关。