川大《MSEA》：残余应力诱导深冷+回火硬质合金相变和织构演变

2022-05-06 11:25:01 作者：材料科学与工程来源：材料科学与工程分享至：

超粗晶粒硬质合金在使用过程中遭受较大的冲击载荷和热应力循环，虽然断裂韧性显著提高，但牺牲了硬度和强度。后处理能够影响硬质合金的微观结构和性能，首先Co相的晶体结构能从fcc转变为hcp，Co的相变会使硬度和横向断裂强度提高；其次晶格在深冷下的收缩可以促进空位的塑性流变，从而提高界面结合强度；并且后处理引入的残余应力，降低了切削力和刀具磨损，能够延长了刀具的切削寿命。然而后处理对于残余应力演变、Co粘结相的相变、WC硬质相的织构和性能之间的关系尚不完全清楚。

近日，川大研究人员研究了深冷+回火后微观结构变化对强度、硬度和韧性的影响，相关论文以题为“Residual stress evolution enhanced martensite phase transition and texture development in cryogenic-tempered WC-Co ultra-coarse grained cemented carbiden”发表在Materials Science and Engineering: A。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142592

本文以WC-6Co的硬质合金为材料，在经过深冷+回火的处理后利用X射线衍射技术，用sin2（ ψ ）-2θ法分析了深冷+回火后的超粗晶硬质合金处理残余应力的演变，并利用EBSD技术表征了Co粘结相的相变和WC硬质相的择优取向。研究表明晶粒尺寸、形状以及材料密度没有明显变化，并且γ相的浓度波动较小小，未有η相沉淀。

图1XRD图谱和烧结态（ a）、深冷处理态（ b）、回火态（ c）硬质合金WC相的sin2（ψ ）-2θ拟合曲线以及WC相残余应力计算结果（ d ）

深冷处理后，由sin2 （ψ ） - 2θ X射线衍射法计算的WC相平均压缩残余应力增加了60.84%。回火处理使残余应力得到缓解，甚至使压应力转变为拉应力，变化可达101.97%。

图2 EBSD生成烧结态（a ）、深冷态（b ）、回火态（c ）硬质合金的Co相分布和钴相百分比（d ）

深冷+回火处理处理后hcp/fcc的平均比例从烧结阶段的1.75%增加到4.22%和11.61%。考虑到回火温度低于Co的相变点，因此回火处理过程中的马氏体相变因较大的残余应力演变而增强。残余应力作用于面心立方结构的Co相，补充马氏体相变所需的能量，而应力增强的无扩散相变是Co相fcc向hcp马氏体转变的主要机制。