梯度結構硬質合金球齒

梯度結構硬質合金球齒，也被稱為多結構或多相硬質合金球齒。硬質合金的硬度與其WC粒度和Co密切相關。通常WC含量越高，晶粒越細，硬度也相應越高；Co含量越高，硬度則相應越低。梯度結構硬質合金材料由於組織不均勻，其硬度分佈也不一致。而梯度結構的硬質合金球齒三層顯微組織結構也有明顯的差異：表層由於WC顆粒富集，因而具有較高硬度；中間層則Co相分佈較多，硬度相對較低；內部又含有大量W相，硬度也相對升高。在整個滲碳過程中，隨著滲碳時間的增加，合金表面的Co相不斷地向合金中間層遷移，所以合金中間層Co相含量隨滲碳時間的增加而增加。與此同時，合金表層WC晶粒發生長大，合金內部由於滲碳燒結時溶解-析出機制的作用，WC晶粒也出現輕微長大的趨勢。這樣的三明治結構能夠同時改善材料的表面硬度和內部韌性，能夠較為有效地調和硬質合金球齒耐磨性和韌性之間的矛盾。

梯度結構硬質合金的實質是在制取缺碳即含η-相的硬質合金的基礎上通過滲碳處理來改變合金中粘結相的分佈，使其呈低度結構，也使得不同部位的材料獲得不同的使用性能。目前，梯度結構硬質合金球齒的主要工藝方法包括複合硬質合金法、粉末分層（粘結劑含量不同）壓制法、金屬溶體浸漬法等等。相比於這些方法，缺碳硬質合金滲碳處理法具有許多優勢，如耐磨性以及韌性更為優良；可根據不同的使用需求在不同部位加以不同組合，工藝靈活性和應用廣泛性都得到極大的提升；設備簡單、操作方便、成本相對較低。複合硬質合金法採用具有不同粒度的硬質合金粉末或者利用分割成具有不同粒度分佈區域的硬質合金，該方法能夠在硬質合金燒結體內部獲得不同的粘結相含量。然而，這樣細晶粒部分具有比粗晶粒部分的粘結相含量較高，但是二者在不同部位的耐磨性和韌性卻差別並不大；採用粉末分層壓制法（粘結劑含量不同），則需要使用集中不同粘結劑含量的硬質合金粉末逐層進行壓制。這樣一來，不僅工藝操作複雜，而且在燒結過程中壓坯不同粘結劑含量的各層間容易產生均質化，使得合金不同部位間的耐磨性和韌性的差異也在逐步縮小；而金屬溶體浸漬法需要專門裝置製備金屬溶體並需浸漬，從而使得所制取的梯度結構近局限於表面區域，應用範圍極大受限。

缺碳硬質合金滲碳處理法，是在硬質合金混料含碳量低於化學計量值情況下（低碳或缺碳），燒結後會在硬質合金結構中生成缺碳相—η相。無論是游離碳相還是缺碳相都會對硬質合金製品產生不利的影響。因為η相太脆，容易在表面形成微裂紋，從而導致硬質合金在使用過程中發生斷裂。對於帶硬質合金球齒的鑽頭，耐磨性是選擇的首要因素。而Co含量較低的硬質合金難以進行焊接，因為焊接時所產生的焊接應力有可能導致合金的斷裂。在硬質合金球齒鑲焊固定于鋼體時，在球齒與鋼體接觸表面的上方常常會在鑽進時產生間隙，並在鑽進過程中逐漸擴大，最終球齒發生斷裂，一般發生於球齒的底面部位。

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