硬质合金球齿耐磨性能分析

随着人类科技的进步和探索领域的不断深入，越来越多的工具、机械都要求在较为严苛的环境下工作，像高压密封、酸碱腐蚀等。硬质合金球齿本身具有极高的硬度、密度、较高的熔点以及良好的化学稳定性，在矿山、油田开采，隧道、岩层掘进等方面有着较为广泛的应用。

国内学者对此做了大量研究，其采用硬质合金球齿对花岗岩进行磨削实验。试验中选用立式车床作为仪器，试验固定球齿的侵入深度，即作用在硬质合金球齿上的有效应力、磨削的线速度，从而检测硬质合金球齿的耐磨性。硬质合金球齿虽然具有较高的硬度，但其属于脆性材料，通过脆性磨损理论的公式计算关系可得出硬质合金球齿的体积磨损量与其单位摩擦功磨损量成正比。单位摩擦功磨损量越小，硬质合金球齿的耐磨性越大，及体积磨损量与耐磨性成反比。以下是该试验中硬质合金球齿体积磨损量和磨耗比的统计数据：

从上表中我们不难看出硬质合金球齿磨削花岗岩的磨耗比大约都在一千多左右，磨耗比越低与潜孔钻头球齿现场工作情况越相吻合。因为在潜孔钻头工作时，绝大部分的硬质合金球齿都是因为发生磨损而失效，只有少部分的球齿是因冲击断裂而失效，尤其是具有保径作用的边齿由于线速度最大磨损也最为严重。在一些高风压潜孔钻头作业中对其制作工艺要求也更加严格，若球齿磨损失效需要频繁更换，就会使得人力以及物力成本大大增加。因此相关研究人员分别从碳化钨（WC）晶粒尺寸、微量元素、粘结剂、化学热处理等几个方面研究对硬质合金球齿耐磨性能的影响。这里我们着重探讨微量元素添加对硬质合金球齿耐磨性能的影响。

通常情况下为了细化碳化钨类硬质合金球齿的晶粒，常常通过添加晶粒长大抑制剂的方法；而提高硬质合金球齿的耐腐蚀性能则通过添加耐腐蚀的成分；对于改变合金性能则可以通过添加稀土元素或者高熔点金属等方法实现。经过大量的实验以及统计数据表明，最为有效的对于WC-20Co晶粒长大的抑制剂为碳化钒以及铌、钽、钛、锆等元素，这些元素的加入有助于晶粒细化并提高耐磨性。而稀土元素的加入可以与氧O、钙Ca、硫S等杂质发生球状的复杂化合物，即改变了原有界面杂质的分布状态。此外钴Co元素在碳化钨WC上的润湿性也得到了一定的改善，界面的联结强度得到了提高，因而耐磨性也有所提升。

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