硬質合金球齒耐磨性影響因素

以鎢鈷類硬質合金（WC-Co）為例，其具有高硬度、高密度、高強度以及優良的化學穩定性，但是其耐磨性較差，相關研究人員也對此進行了大量研究，主要從以下三個方面分析硬質合金耐磨性能的影響因素，其包括硬質相（WC）晶粒尺寸、微量元素或添加劑以及化學熱處理工藝等。

根據材料微觀結構決定表面性質的原理，相關研究人員推測硬質合金中硬質相（WC）的晶粒尺寸大小一定會對其耐磨性產生較大的影響，因此也做了大量研究。實驗資料表明當硬質合金（WC-Co）中的硬質相（WC）晶粒尺寸減小到亞微米以下，對於材料的硬度、強度、韌性以及耐磨性都得到了一定的提高。耐磨率與WC顆粒的尺寸關係圖如下所示：

從圖中我們不難看出在硬度值較低時，硬質相碳化鎢（WC）的硬度起著主要作用，而在硬度值較高時，則材料的韌性佔據主要作用。隨著WC顆粒尺寸的不斷增加，磨損加速，磨損率也相應上升，但是不能偏頗地認為納米級的碳化鎢（WC）顆粒對磨損性能就一定有利，磨損的機理與條件是相輔相成的。通常來說，晶粒越細也認為缺陷越小，粘結相鈷（Co）的平均自由度越小，相應的硬度和抗彎強度也較高。而隨著硬質合金試樣硬度不斷上升，WC晶粒尺寸與磨料相對尺寸相接近時，合金的磨損體積損失與其硬度之間無明顯相關性。

微量元素與其他一些添加劑的添加也是較為常見的方法之一。人們通過加入一些具有特定優良性能的添加劑及元素對硬質合金本身的成分和性能加以改變以適應各種不同的工作需求。較為常見的添加劑如晶粒長大抑制劑（細化晶粒，抑制晶粒長大）、一些耐蝕成分（提高耐腐蝕性）、一些稀土元素或高熔點金屬等（優化硬質合金相應的性能）。而添加劑對硬質合金耐磨性能的影響原理也不盡相同，有的是通過對晶粒的細化是組織結構變得均勻，有的則通過改善Co在WC上的潤濕性來提高介面的聯結強度，從而提高硬質合金球齒的耐磨性。

最後是化學熱處理對硬質合金球齒耐磨性能的影響。從理論上說，對硬質合金球齒進行熱處理能夠改變基體的組織結構分佈與相應化合物的協調性，從而充分發揮複合材料所具備的優勢。因此國內外的相關學者和研究人員都開展了大量對硬質合金球齒熱處理機理的研究，並得出了不同的結論。目前較為主流的對硬質合金球齒熱處理強化機理的解釋有兩種：其一是認為熱處理使鎢W在粘結相Co中補充溶解，使WC晶粒鄰接度下降，與此同時WC和Co鄰接度上升，從而硬質合金球齒的耐磨性能得到改善；而另一種則是認為熱處理改變了Co相的相結構及合金內部的應力狀態，其可以在很大程度上保留了粘結相高溫時的面心立方體結構（fcc）a-Co，減少密排六方結構e-Co。前者為塑性物質，而後者為脆性物質，因此硬質合金球齒的耐磨性能得到相應的提升。此外，還有滲碳、滲硼、硼鑭等化學熱處理及鐳射處理、離子注射等方式。

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