电冶钢结硬质合金dgjw50热疲劳行为的研究

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1、电冶钢结硬质合金DGJW50热疲劳行为的研究摘要电冶钢结硬质合金DGJW50是采用电冶熔铸工艺制备而成的新型WC颗粒增强钢基复合材料。对其进行了热循环实验，观察热疲劳裂纹的萌生及扩展形态，研究了该材料的热疲劳行为。同时采用了热处理工艺强化钢基体相组织，以及表面渗硼工艺硬化合金表面，研究这两种工艺对DGJW50抗热疲劳性能的影响。研究结果表明，DGJW50热疲劳裂纹萌生也存在一个孕育期，在本实验条件下，约经过5次至lO次热循环后，裂纹在缺口尖端处萌生。裂纹萌生地主要为：枝晶碳化物和复式碳化物。对于合金中的两大相：硬质相和钢基体相，前者硬而脆，而后者为强韧相。裂纹优先在硬质相区扩展，扩展的方式

2、及途径包括枝晶碳化物的脆断，原始WC颗粒和复式碳化物的开裂以及两者之间的界面脱离。原始碳化物开裂后仍保有原始形貌，复式碳化物开裂后易“碎化”。与未经热处理的原始DGJW50相比，热处理后的DGJW50综合力学性能得到了很大提高，同时钢基体析出的较多细小均匀二次碳化物钝化了裂纹尖端，降低裂纹扩展速率，故显著提高了材料的抗热疲劳性能。表面渗硼全面硬化了DGJW50表面。热循环初期，渗硼层对基体材料起到了一定的保护作用，延缓了裂纹在基体材料的萌生和扩展。故表面渗硼DGJW50热疲劳性能高于原始材料的抗热疲劳性能。热循环期间，对于DGJW50的两大基本相——硬质相和钢基体相，硬质相受到了一定的破坏

3、，而钢基体和两者界面受损较弱，表明材料的抗热疲劳性能较好。采取有效措施提高硬质相的热疲劳抗力，材料整体的抗热疲劳性能必将大大提高，这为本材料大规模推广应用于热作模具奠定了坚实的理论基础，明确了今后的研究方向。关键词：电冶钢结硬质合金；热处理；表面渗硼；热疲劳行为；裂纹Researchoilthethermalfatiguebehaviourofelectro-slagmeltingandcastingsteel-bondedcarbideDGJW50AbstractElectro··slagmeltingandcastingsteel—，bondedcarbideDGJW50isonene

4、wlyoftheWCparticlereinforeedsteelmatrixcomposite．Thermalfatiguebehaviourofthismaterialisexperimentallyandnumericallystudiedbyobservingtheformofcrackinitiationandpropagation．Heat—treatmentandsurfaceboronizinghavebeenappliedinDGJW50tostrengthenstructureofsteelmatrixandimprovesurfacehardnessofwholema

5、terialrespectively，andinfluenceofthesetwokindsofprocessonthermalfatiguepropertyisanalyzed。Itisfoundthatthereisallincubationperiodofabout5-10thermalcyclesbeforetheinitiationofthermalcrackinthenotchofsampleundertheconditionofthisexperiment．Themainareaofinitiationispinetreecarbideandeutecticcarbide．U

6、ndertheimpulseofthermalstress，thecrackpreferentiallypropagatesinthehardWCphaseforitsbrittleness．Theapproachofcrackpropagatinginhardphaseincludesfractureofeutecticcarbide，lawWCparticle，interfaceofthemandpinetreecarbide．BrokenlawWCparticlestillkeepslawshape，andeutecticcarbideisseverelysmashedduringt

7、hermalcycling．CompfIredwithrawDGJW50withoutheat-treatment，thewholemechanicalpropertyoftheheat-treatmentonehasgreatimprovement．Atthe$arnetime，quadraticcarbidesasresultantofeutectoidreactionaredispersedlydistribute