硬质合金球属于钨钴类合金球，其主要成分是碳化钨和钴。碳化钨是合金的“骨架”，主要起坚硬耐磨作用；钴是粘结金属，是硬质合金球韧性的来源。因此，硬质合金球与合金钢相比具有以下特性：耐磨性高、抛光性好、粘附性小、摩擦系数小、能量消耗低、抗蚀性能高。硬质合金球具有极高的硬度和稳定的化学性质，其耐磨性极高，是一种理想的材料。

硬质合金球形成了钴含量的梯度结构后，在其表层形成了残余压应力，且由表面到芯部，其压应力逐渐减小并形成拉应力，拉应力先增大后减小，最后形成了残余压应力；最大压应力所在不受梯度层厚度的变化而变化，均处于表面；随着梯度层厚度的增加，最大拉应力所在位置往内部推移，且存在拉应力的区域也增大。材料表面存在较大的残余压应力，有利于阻碍材料表面裂纹的形成。




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硬质合金球在工作时，材料表面受到摩擦力的作用，表面形成拉应力，而硬质合金球抗拉性能差，很容易在表面形成裂纹，加速材料的破坏。室温下梯度硬质合金球中表面的残余压应力的存在将会部分地抵消工作载荷施加的拉应力，阻碍或延缓裂纹的形成和扩展，提高硬质合金球的横向断裂强度。因此，如果在梯度硬质合金制备过程中，能够表面形成残余压应力，将会提高表面的抗拉性能，阻止裂纹的萌生和扩展非常有利。

在材料的功能设计中，将表面设计为贫钴区，在次表面区形成一个富钴带，芯部区域则为均匀材料，由于富钴层的收缩将会在表面形成较大的残余压应力，富钴层形成残余拉应力，这在前面的实验和计算中都己经得到了验证。这样的设计，表面层贫钴有利于提高其耐磨性，且表面形成的残余压应力有利于阻止裂纹的萌生和扩展。但是由于硬质合金球抗拉性能远小于抗压应能，富钴层的残余拉应力的值也应该越小越好。故在梯度硬质合金的结构优化设计中，需要考虑两个方面因素：(l)表面的残余压应力应该越大越好；(2)拉应力应分布在富钴带，并且拉应力的值越小越好。




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根据传统液相烧结理论，硬质合金球原材料的液相烧结过程包括三个阶段：（1）液相的流动和WC颗粒重排阶段；（2）WC的溶解一析出阶段；（3）固相烧结阶段。不同烧结温度下合硬质合金球的密度随碳含量和烧结温度的变化情况。随着碳含量的增加，合金的绝对密度先大幅度增加后逐渐缓慢减少，在碳含量为一定值时出现最大值；提高烧结温度，硬质合金球的密度略有增加。其原因主要在于硬质合金球中的碳含量影响液相出现温度、钴相的含量以及由此导致的致密化变化。

硬质合金球原材料液相烧结过程中，随着合金中碳含量的增加，液相开始出现温度降低；合金中缺碳将会由于几相的形成消耗了部分钴而降低其钴相含量。因此，碳含量为5.0wt%的合金液相烧结过程中钴相含量最小，导致致密化困难；随着碳含量的增加，烧结过程中生成的q相含量减少，钴相含量因消耗小而增大，液相含量相应地增加，促进烧结致密化的进行，硬质合金球的密度随之增大。




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