硬质合金深冷处理研究进展

蔡惠坤^1,2，翁泽钜^1,2，顾开选²，王凯凯²，郑建朋^2,3，王俊杰^2,3

1. 厦门大学航空航天学院2. 中国科学院低温工程学重点实验室(理化技术研究所)3. 中国科学院大学

摘 要：硬质合金自1923年问世以来,人们主要通过改进其烧结工艺、制备超细WC-Co复合粉末以及表面强化等方法来不断优化它的性能。然而,由于上述方法存在设备复杂、制备成本高、技术难度大等问题,在一定程度上制约了我国硬质合金产业的转型升级。深冷处理作为一种低能耗、无污染、操作便捷的新型材料改性技术,能够有效提高材料的力学性能、耐磨性、尺寸稳定性、耐腐蚀性以及导电/导热性等多种性能,并在多种材料的产业化方面得到了成熟的应用。因此,将深冷处理用于优化硬质合金的性能,能够有效避免传统改性方法的不足,为高效、低成本地改善硬质合金性能提供了新的工艺路线。然而,由于硬质合金的深冷处理研究起步较晚,因此其深冷处理工艺和改性机理两方面依然面临诸多问题。近年来,人们在实验室研究了硬质合金经深冷处理后各方面性能的变化,同时对深冷处理工艺参数与宏观性能变化的影响规律,以及宏观性能发生变化的微观机制开展了深入的研究,并取得了一定的成果。大量试验表明,深冷处理能够显著改善硬质合金的抗弯强度、耐磨性和切削性能,可有效延长硬质合金工具的使用寿命,而对其硬度和韧性影响不大。硬质合金性能的改善效果与深冷处理工艺参数密切相关,较低的深冷处理温度与较长的保温时间有利于其性能的提高,但是硬质合金性能并不随深冷处理温度的降低和保温时间的延长而呈线性变化。一般而言,对于特定成分的硬质合金,存在最佳的深冷处理工艺参数。深冷处理对硬质合金服役性能的强化机制主要是黏结相Co的马氏体相变、η相的弥散析出以及材料表面残余应力状态的改变等方面。本文归纳了硬质合金深冷处理的研究进展,并结合本团队的研究工作,分别介绍了深冷处理对硬质合金的力学性能、服役性能、微观组织、残余应力等方面的影响,分析了深冷处理工艺参数对硬质合金的性能的影响规律,探索了微观组织、残余应力与性能之间的相互关系及作用机理。本文基于目前硬质合金深冷处理的研究现状及当前研究中存在的不足,对其未来的研究方向与产业化前景进行了展望。

关键词：深冷处理;硬质合金;力学性能;耐磨性;微观组织;残余应力;