材料期刊网，材料期刊，材料类期刊，材料期刊投稿

硬质合金相图热力学和扩散动力学数据库及其应用

张聪 , 张伟彬 , 彭英彪 , 陈伟民 , 周鹏 , 陈利 , 张利军 , 刘树红 , 杜勇 , 王社权

中国材料进展 doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2015.01.01

硬质合金是由难熔金属化合物和粘结相通过粉末冶金工艺制成的材料，它具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。介绍了包含 C-Co-Cr-W-Ta-Ti-Nb-N 等元素的硬质合金热力学和动力学数据库。简述了热力学数据库中的热力学模型和优化计算，并以 C-Cr-Ta 三元系为例介绍了热力学优化计算的方法和步骤。所建立的硬质合金动力学数据库包含液相和 fcc 相不同元素的原子迁移参数。利用修正的 Sutherland 方程对液相的原子迁移参数进行了评估，而 fcc 相原子迁移参数是基于对实验测定数据和文献数据的评估获得的。利用建立的硬质合金热力学和动力学数据库，可以计算多元系的相平衡、获取不同相的热力学性质和溶解度信息、模拟合金中元素和相的分布等。该数据库可用于设计合金成分和烧结温度、预测元素含量及烧结气氛等对梯度硬质合金形成的影响、优化合金烧结工艺等。最后指出相图热力学和扩散动力学数据库及热物性数据库结合相场、有限元方法，定量描述硬质合金结构－性能的关系是今后的发展趋势。

关键词: 硬质合金 , 热力学 , 动力学 , 数据库 , 计算模拟 , 应用

研发硬质合金的集成计算材料工程

张伟彬 , 杜勇 , 彭英彪 , 李娜 , 周鹏 , 程开明 , 张聪 , 张忠健 , 王社权

材料科学与工艺 doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20160201

用于研发硬质合金的集成计算材料工程是将微观(10-10～10-8 m)、细观(10-8～ 10-4m)、介观(10-4～10-2 m)和宏观(10-2～10 m)等多尺度计算模拟和关键实验集成到硬质合金设计开发的全过程中,通过成分-工艺-结构-性能的集成化分析,把硬质合金的研发由传统经验式提升到科学设计,从而大大加快硬质合金材料的研发速度,降低研发成本.本文详细阐述了第一性原理计算、CALPHAD方法、相场模拟和有限元模拟等计算模拟方法及各种微结构表征和性能测定的实验方法,论述了其在硬质合金研发中所发挥的具体作用.基于集成计算材料工程,提出了从用户需要、设计制备和工业生产的3个层面研发硬质合金的具体框架.通过应用实例,展示了集成计算材料工程在新型硬质合金研发中的强大功能,为新型硬质合金的设计和开发提供了新模式.

关键词: 硬质合金 , 集成计算材料工程 , 多尺度模拟 , 关键实验 , 应用

晶粒生长抑制剂在WC-Ni硬质合金粘结相中固溶度的实验研究

邱成滨 , 彭英彪 , 何旭文 , 杜勇 , 张忠健 , 徐涛 , 刘向中 , 王辉平 , 王社权

硬质合金 doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2016.04.002

为了测定晶粒生长抑制剂在WC-Ni硬质合金粘结相中的饱和固溶度,为硬质合金热力学数据库的建立及其性能的优化提供必要依据,本文基于相图热力学计算,设计并制备了含晶粒生长抑制剂且粘结相含量高的WC-Ni合金试样.通过控制合金碳势使得合金试样中分别出现石墨相和相.利用LOM、BSE对合金试样的微观结构进行了分析.采用WDS-EPMA测定了硬质合金常用晶粒抑制剂Cr3C2、VC、TaC、NbC及其复合物在WC-Ni合金试样粘结相中的饱和固溶度.结果表明,单独添加Cr3C2、VC、TaC时,碳势对Cr、V、Ta、W的固溶度影响较大;单独添加NbC以及复合添加碳化物时,碳势对各元素的固溶度影响并不大.

关键词: 硬质合金 , 粘结相 , 晶粒抑制剂 , 固溶度

WC-Co硬质合金微观结构的自适应参数化模型

童和强 , 梁海成 , 张光亮 , 谢文 , 陈响明 , 王社权 , 杨力

硬质合金 doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2014.05.002

为了研究材料微观结构对材料性能的影响以及缩短材料开发周期,基于WC-Co硬质合金本真微观结构,提出了“自适应”建立二维微观结构参数化模型的方法,统计了真实测微观结构的WC平均晶粒尺寸及其分布、WC晶粒长短径、形心位置、取向角、Co含量等参数值,其中晶粒长短径则根据提出的“椭圆等效”法进行统计;然后基于AutoCAD的二次开发将统计的实验测量值输入到参数化模型中并投放WC颗粒,利用自适应算法自动调整每次新投放的WC颗粒,从而建立了反映真实微观组织的参数化模型.结果表明:WC-Co硬质合金微观结构参数化模型的参数设计值与实验测得值基本吻合,反映了参数化模型的可靠性.

关键词: WC-Co硬质合金 , 微观结构 , 自适应 , 椭圆等效 , 参数化模型

Ti1-xAlxN涂层LPCVD过程模拟中的热力学计算

王少卿 , 陈响明 , 杜勇 , 王社权

硬质合金 doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2013.12.001

本文通过Thermo-Calc相图热力学计算软件建立了包含亚稳Fcc-Ti1-xAlxN相的Ti-Al-N三元体系的热力学模型,并对Ti1-xAlxN涂层的LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition)过程进行了计算模拟.研究了AlCl3,NH3和H2等反应气体成分变化对涂层中的Al含量的影响,理论预测结果与文献报道的实验结果吻合良好.利用计算模拟手段探究了富Al-Ti1-xAlxN涂层的沉积过程,并预测了富Al-Ti1-xAlxN涂层中的Al含量随反应气体成分以及沉积温度改变的变化情况.发现适当增加AlCl3、NH3/H2值及沉积温度均可提高涂层中的Al含量.

关键词: CVD , Ti1-xAlxN涂层 , 热力学计算

基于回归模型的钻削力组成定量测试研究

屈植华 , 周志雄 , 黄威武 , 罗胜 , 汤爱民 , 王社权

硬质合金 doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2015.05.008

在本研究中,以轴向切削力E为例,通过特殊的试验设计(DOE),将钻削过程简化成定位、切入和正常切削3个阶段,并对切入过程进行等分处理,获得不同轴向切削深度h时的轴向切削力数值,采用相关和回归分析方法,获得经F-检验(显著水平α=0.01)的回归方程,其截距b0为横刃产生的轴向切削力Fch,系数b1为主切削刃产生的轴向切削力Fmio.正常切削阶段与主切削刃完全切入时的轴向切削力之差△Fz即为副切削刃产生的轴向切削力mio在本次测试中,横刃轴向切削力Fch=263.49N,主切削刃轴向切削力Fma=412.74 N,副切削刃轴向切削力Fmi=108.16 N,分别占比33％、53％和14％.

关键词: 钻削力组成 , 试验设计 , 相关分析 , 回归分析 , F-检验

蠕墨铸铁铣削加工的试验研究

冯义超 , 杜勇 , 王社权 , 黄威武 , 罗胜

硬质合金 doi:10.3969/j.issn.1003-7292.2015.04.007

本文研究蠕墨铸铁铣削加工的工艺技术,分析了切削参数对切屑形貌特征的影响规律,建立了基于切削参数的铣削力、粗糙度的线性回归经验公式,对比分析了铣削加工蠕墨铸铁(RU380)、灰口铸铁(HT300)、球墨铸铁(QT500)刀具的失效形式和失效机理,并给出了铣削加工蠕墨铸铁的推荐切削条件.结果表明:蠕墨铸铁铣削加工的切屑为较规则的螺旋管状,切屑颜色接近被加工材料初始色,且几乎不随切削参数变化而改变;高的切削速度和小的进给量能有效改善切屑背面褶皱和层积现象;切削深度对铣削力的影响最为显著,进给量的变化对粗糙度的影响相对明显,采用常规切削参数均能获得良好的粗糙度;蠕墨铸铁铣削刀具的失效机理为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损,并在其相互影响下导致刀具磨损失效,基本未出现崩缺等异常现象;水冷条件下铣削蠕墨铸铁,刀具寿命较低,且失效形式为崩缺失效,不利于安全生产及发挥刀具性能.

关键词: 蠕墨铸铁 , 切屑形貌特征 , 失效机理 , 线性回归经验公式

基体梯度结构对TiN涂层硬质合金力学和切削性能的影晌

王社权 , 陈康华 , 徐银超 , 祝昌军 , 谢灿强 , 陈响明

中国有色金属学报

研究基体梯度结构对TiN涂层硬质合金力学和切削性能的影响;采用阴极弧蒸发涂层工艺分别在均质和梯度硬质合金基体上制备TiN涂层:运用金相观察、扫描电镜分析、三点抗弯强度测试、显微硬度测试和切削性能测试,研究基体梯度结构对TiN涂层硬质合金组织结构、力学性能和切削性能的影响.结果表明:基体结构梯度化后,TiN涂层表面形貌由平整状变为网状结构,显微硬度提高19%,抗弯强度提高6.1%;基体结构梯度化后,涂层硬质合金的结构发生变化、力学性能得到提高,涂层刀片的抗冲击性能和切削性能分别提高10%和15%左右.

关键词: TiN涂层硬质合金 , 梯度结构 , 力学性能 , 显微组织 , 切削性能

纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的组织结构演变

周书助 , 王社权 , 王零森 , 丁泽良

中国有色金属学报

用分段真空烧结、背散射扫描电镜、透射电镜和能谱分析等手段研究纳米Ti(CN)基金属陶瓷在烧结过程中的组织结构演变.结果表明:纳米Ti(CN)粉末金属陶瓷在1 200℃以后开始发生剧烈的固相反应,纳米Ti(CN)粉末与M反应形成富M(M=Mo,W,Ta)的(Ti,M)(CN)固溶体为核,贫M的(Ti,M)(CN)固溶体为环的"亮芯黑环结构",在1 350℃即可获得致密的合金.而微米金属陶瓷中Ti(CN)粉末颗粒很少参与固溶反应而成为核,富钨和富Mo的固溶体为环,形成"黑芯亮环结构",烧结温度在1 400℃以上才能获得致密合金.

关键词: 纳米Ti(CN) , 金属陶瓷 , 显微组织 , 演变

烧结气氛对Ti(CN)基金属陶瓷饱和磁化强度的影响

周书助 , 王社权 , 王零森 , 胡茂中

稀有金属材料与工程

用X射线衍射、电子背散射像、钴磁仪和矫顽磁力计分析研究了烧结气氛(真空,N2,Ar)对Ti(C,N)基金属陶瓷合金的化学成分、饱和磁化强度和矫顽磁力的影响.结果表明:金属陶瓷混合料压坯在Ar气、真空、N2气等3种不同的气氛中烧结后,相应合金的碳、氮、氧总量依次增加,相应合金中粘结相的晶格常数依次减小,饱和磁化强度依次增大.Ar气和N2气烧结造成金属陶瓷合金的组织结构不均匀,N2气烧结影响更大,矫顽磁力出现异常.钴磁和矫顽磁力可以作为金属陶瓷合金化学成分和组织结构变化的一个判据.

关键词: 金属陶瓷 , 化学成分 , 烧结气氛 , 饱和磁化强度 , 晶格常数

材料期刊网