新型结构的硬质合金在硬度和韧性上的改善

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硬质合金作为工业的牙齿，主要利用难熔金属化合物的高硬度、高耐磨损性能和良好的耐高温性能及粘结相良好的塑性和韧性，来实现切削、钻探和抗磨损的作用。这些特性使得硬质合金的一些性能之间存在矛盾，比如，硬度和强度、韧性和耐磨损性能，这主要是因为很难同时提高硬质相和粘结相的含量。科学技术是第一生产力，新型结构的硬质合金使其硬度和韧性均能够在一定程度上同时得到改善。其新型结构主要有梯度结构、纳米及超细晶结构、超粗晶结构以及其他特殊晶粒分布结构。

梯度结构硬质合金是指其硬质相和粘结相在一定空间尺度上的分布呈梯度变化，从而使其性能的调节具有最大的自由度。按照性能要求不同，功能梯度硬质合金的种类也较多。20世纪80年代，瑞典山特维克凿岩工具公司开发的功能梯度结构双相DP硬质合金一般呈现类似于三明治的结构，在合金的最外层和中间层均有WC+Co两相组织，内层为WC+Co+η三相显微组织。材料最外层Co相含量低于合金的名义钴含量，具有很高的硬度和耐磨损性能；中间层Co相含量高于合金的名义钴含量，具有很好的韧性和塑性。DP合金耐磨损性能和韧性明显优于标准硬质合金。该技术被誉为“硬质合金历史自1950年以来最重要的革新”。20世界90年代，该技术应用于金属切削钻头，大幅度提高了该产品的寿命和切削效率。另一类非常重要的梯度结构硬质合金是用于涂层刀片基体。

硬质合金刀片的微观组织通常包括WC，Co和β相。β相是一种含钛的脆性相，可提高材料的硬度，但却降低了韧性。涂层基体和涂层之间存在一定的物理、化学和力学性质的不相容性。通过控制烧结和热处理气氛，能够在硬质合金刀片表面形成约50um的无β相层，具有较好的韧性，并与涂层的结合强度高，大幅度提高涂层刀片的抗崩韧性和切削寿命。该工艺比较简单，大部分硬质合金涂层刀片基体都采用了这种梯度结构。我国在功能梯度结构硬质合金方面的研究在20世纪90年代就已经有报道，但是还缺少较系统深入的阐述。由于硬质合金和功能梯度结构材料的专业化，这更需要进行最实际的研究。

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