硬質合金球齒—超細晶化及梯度結構優化

硬質合金球齒是由硬質相WC與粘結相Co組成的具有高硬度、高強度、高耐磨性以及衝擊韌性的鑿岩工具。相比於其他材料的同類產品其具有更高的鑽掘速度，使用壽命延長了5-6倍，既節省了工時、提高了效率，又減少了換齒頻率、減輕了體力勞動。隨著工況環境的日趨複雜，鑿岩對鑽具性能的要求也越來越高，尤其是高風壓鑽具所使用的硬質合金球齒不僅需要極高的硬度和耐磨性，同時還需要良好的韌性以防止脆性斷裂。而細晶結構就能有效地提高合金的使用性能，有研究表明，超細晶及納米結構的硬質合金球齒在粘結相含量不變的情況下，當WC晶粒度小於1μm時，球齒的硬度和強度都能得到大幅的提升，並且隨著WC晶粒度的進一步減小，球齒性能的提高幅度更為顯著。由於納米晶粒度小，而比表面積大、表面活性強，所以具備納米結構的一些優異性能，如降低燒結所需溫度、硬度、強度、耐磨性以及單齒衝擊韌性的提高、使用壽命的延長等，是目前硬質合金材料的研究熱點之一。

梯度結構硬質合金是在上世紀80年後末期研發出的一種多相結構硬質合金，其主要特點是成分和組織呈梯度分佈。梯度結構硬質合金的製備原理是採用低碳硬質合金通過真空燒結獲得含η相的硬質合金，並在滲碳氣氛中處理以改變Co粘結相的分佈使球齒的不同部位分佈不同的Co含量。這樣一來硬質合金球齒組織結構上呈現出Co的梯度分佈，即最外層 — 貧Co層、中間層 — 富Co層、內層 — WC、Co、η三相顯微組織。外層由於WC含量較高，具有較好的耐磨性；而中間層Co含量高，具有較好的韌性。因此在鑿岩過程中具有更高的破壞載荷。

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