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本文采用爆炸压实、液相烧结制备钢结硬质合金/碳钢复合材料,重点研究液相烧结工艺、热处理工艺对钢结硬质合金覆层和界面区域的硬度、组织结构以及界面的结合强度的影响。得到如下结论:
钢结硬质合金/碳钢的液相烧结,在烧结温度为1350℃、保温时间为60min时,钢结硬质合金覆层的孔隙度较小,致密性较好,粘结相组织为珠光体,硬度值较高,粘结相显微硬度达到最大值442.5HV0.1。建立了钢结硬质合金覆层在液相烧结过程中的收缩致密化理论模型。
在最佳烧结工艺下烧结后,钢结硬质合金/碳钢的界面处形成一个过渡区,过渡区的组织为层片状珠光体,过渡层厚度约为38μm,在界面区域Fe、Cr、W、C等主要元素均发生了扩散,在界面微区处有新相Fe3W3C、M23C6生成。对界面结合机制的研究发现,界面结合是扩散型和化合型的混合型结合机制。钢结硬质合金/碳钢复合材料可以达到较好的冶金结合,界面的剪切强度较高,达到106MPa,在界面区域存在一个从钢结硬质合金覆层的高显微硬度到碳钢低显微硬度渐变的狭窄区域。
淬火低温回火热处理使钢结硬质合金覆层的粘结相、界面过渡区的组织由珠光体转变为回火马氏体,XRD检测发现,经热处理后,有新相Fe2W2C生成,热处理使钢结硬质合金覆层的硬度明显提高,在1050℃淬火、180℃回火时钢结硬质合金覆层的微观组织形态较好,硬度值最高,粘结相的显微硬度值达到624.35 HV0.1,覆层的HRC达到57.5,界面结合强度达到125MPa,较烧结态稍高,界面区域的硬度值较烧结态有大幅度的提高,仍存在一个从钢结硬质合金覆层的高显微硬度到碳钢低显微硬度渐变的狭窄区域。