Debido a su alta dureza y resistencia al desgaste, carburo de tungsteno  Se utiliza ampliamente como una variedad de materiales para herramientas de procesamiento, conocidos como "dientes industriales". Entre ellos, WC Co. carburo de tungsteno  es la mayor producción y consumo de carburo de tungsteno  materiales Después de décadas de desarrollo, en la aplicación de ingeniería de carburo de tungsteno , la dureza y la resistencia al desgaste básicamente pueden cumplir con los requisitos de rendimiento del servicio, mientras que la resistencia a la fractura y la resistencia al impacto son el cuello de botella para expandir la aplicación de carburo de tungsteno , especialmente la aplicación de gama alta. Durante mucho tiempo, existe una falta de comprensión sistemática sobre el mecanismo de fortalecimiento y endurecimiento de carburo de tungsteno , que es un tipo de material compuesto de doble fase de cerámica de metal y material compuesto de múltiples fases con aditivos. La relación entre los componentes múltiples, la estructura, el comportamiento mecánico y el rendimiento integral de este tipo de sistema de materiales necesita más estudio.

1.problema científicoems

En la actualidad, los problemas científicos comunes de investigación básica en el campo de carburo de tungsteno  de la aplicación de ingeniería se puede resumir de la siguiente manera:

en la preparación industrial de ultrafino y nanocristalino carburo de tungsteno , el crecimiento del grano debe controlarse agregando inhibidores del crecimiento del grano. Sin embargo, los inhibidores generalmente tienen efectos adversos sobre la tenacidad y la resistencia de carburo de tungsteno . Es necesario comprender completamente los factores de control de estabilidad de la microestructura derivada del inhibidor y los efectos sobre la microestructura y las propiedades mecánicas de carburo de tungsteno .

Con la disminución del tama?o de grano de la fase dura por debajo de la escala submicrométrica, la interfaz interna se convierte gradualmente en el factor principal que afecta la tenacidad y la resistencia del carburo de tungsteno . Sin embargo, los factores que pueden estabilizar los límites de WC / CO y WC / WC y el mecanismo de estabilización no se comprenden bien, y el mecanismo de formación y evolución de la interfaz de baja energía no se comprende bien.

Mediante el estudio del comportamiento mecánico y micro mecanismo de carburo de tungsteno  a temperatura ambiente y alta temperatura, se puede profundizar la comprensión del mecanismo de fortalecimiento y endurecimiento en el proceso de servicio, a fin de guiar el dise?o y la preparación de alto rendimiento carburo de tungsteno . En la actualidad, no existe una comprensión sistemática del mecanismo de micro deformación, la fuente de plasticidad y el comportamiento mecánico a alta temperatura de carburo de tungsteno .

2.Progreso de la investigación

El equipo del profesor Song Xiaoyan de la Universidad Tecnológica de Beijing ha llevado a cabo una serie de investigaciones básicas sobre los problemas prácticos en la aplicación de ingeniería de carburo de tungsteno . En 2013, el equipo de investigación preparó por primera vez nanocristalinos carburo de tungsteno  bloquean materiales con alta densidad y estructura uniforme, que tienen alta dureza y alta tenacidad, y presentan la teoría de endurecimiento coherente de interfaz de dos fases nanocristalinas carburo de tungsteno  (ACTA mater. 2013, 61, 2154-2162), que ha sido plenamente verificado en experimentos mecánicos in situ (mater. Res. lett. 2017, 5, 55-60). Recientemente, combinando modelado teórico y dise?o experimental, el grupo de investigación ha estudiado en profundidad varias "estructuras de interfaz" que pueden aparecer en carburo de tungsteno  materiales, y encontramos varios tipos de estructuras de interfaz con 2-6 de espesor de capa atómica, factores influyentes, enfoques de estabilización y micro mecanismos. Basado en la optimización de los aditivos y el ajuste fino de la composición, se realiza el control preciso de la estabilidad de la estructura de la interfaz. Se propone el mecanismo de fractura anti intergranular de materiales de correspondencia de interfaz de fase con diversos elementos como V, Cr, Ti, Ta y Nb. Además, la influencia de la estabilidad de la estructura de la interfaz y la anisotropía de la energía superficial en la formación y evolución de ∑ 2 y ∑ 13A en límites de baja energía se obtuvo optimizando los inhibidores del crecimiento de grano y controlando la temperatura de densificación de sinterización. Por lo tanto, el problema de preparación controlable de aumentar la relación del límite de fase coherente WC / CO a la distribución límite de grano de baja energía WC / WC en carburo de tungsteno  está resuelto. Los logros relevantes se publicaron sucesivamente en Acta mater. 2018, 149, 164-178 y Acta mater. 2019, 175, 171-181 bajo los títulos de “complejidad en WC Co carburo de tungsteno s” y “l(fā)ímites de granos de baja energía en WC Co carburo de tungsteno s". Guiados por la investigación básica, el grupo de investigación y la empresa cooperaron para preparar la resistencia ultra alta y la alta tenacidad. carburo de tungsteno  barras con una resistencia a la fractura transversal promedio de más de 5200mpa y una resistencia a la fractura de más de 13.0mpa · M1 / 2. El valor de resistencia a la fractura es el índice de rendimiento más alto de resistencia a la fractura entre carburo de tungsteno  reportado en el mundo.

Además, el grupo de investigación ha investigado mucho sobre la relación entre la microestructura, el comportamiento mecánico y las propiedades integrales del carburo de tungsteno. En el aspecto del experimento, la evolución de la microestructura del carburo de tungsteno bajo carga externa, especialmente la ley de dislocación y movimiento de falla de apilamiento, se realizó mediante un experimento mecánico in situ.

Con la ayuda de la caracterización de estructuras finas y el análisis de cristalografía, se propuso el mecanismo de interacción de defectos cristalinos de fase dura y fase dúctil en carburo de tungsteno de alta resistencia y tenacidad, y se reveló el mecanismo de su efecto para retrasar la nucleación de grietas y resistir el crecimiento de grietas. Especialmente, en vista del comportamiento de deformación del carburo de tungsteno, se propone que el sistema de deslizamiento principal de la fase WC puede producir la dislocación de la barra de compresión a temperatura ambiente, mientras que la activación del nuevo sistema de deslizamiento a alta temperatura puede proporcionar una contribución plástica, que cuantitativamente revela la relación entre la deformación plástica del carburo de tungsteno y el movimiento del sistema de deslizamiento y la dislocación, así como la regla de cambio con la temperatura. En el aspecto del cálculo de la simulación, se estudió el comportamiento mecánico del carburo de tungsteno bicristalino y policristalino a temperatura ambiente y alta temperatura mediante el método de dinámica molecular y el mecanismo de la influencia del límite de grano, límite de fase, defecto intragranular y tama?o de grano en el El comportamiento de deformación y fractura del carburo de tungsteno se aclaró a escala atómica. En la escala electrónica, la densidad electrónica de estado y la forma de unión de WC se calculan y analizan por el primer principio, y se aclara el micro mecanismo de alta dureza de WC.

Se propone que el módulo elástico y la dureza del WC se pueden mejorar aún más mediante una solución microsólida de elementos metálicos con alta función de trabajo, y luego en el experimento se sintetiza con éxito una mayor dureza con respecto al material a granel de WC en fase no unida de la solución sólida. En 2019, los avances de la investigación antes mencionados se publicaron en tres artículos consecutivos en la reconocida revista internacional Crystal Journal: Acta Crystal. 2019, B75, 134-142 (el primer autor es Fang Jing, estudiante de maestría); Cristal de acta. 2019, B75, 994-1002 (el primer autor es el Dr. LV Hao); Cristal de acta. 2019, B75, 1014-1023 (el primer autor es Hu Huaxin, estudiante de doctorado). A escala meso y macro se establece un modelo de elementos finitos basado en la estructura tridimensional real del carburo de tungsteno. Se estudia la respuesta heterogénea a la deformación y el comportamiento de deformación plástica del carburo de tungsteno bajo la interacción de la tensión térmica residual preparada y la tensión externa en el proceso de rodamiento. Se revela la relación entre el comportamiento de deformación de la microestructura y la tenacidad a la fractura. Este logro fue publicado en int. J. plasticity, 2019, 121, 312-323 (el primer autor es el Dr. Li Yanan).

Figura 1. Estructura de la interfaz y características de evolución del límite de fase WC / CO formado al agregar VC y Cr3C2

Figura 2. Efecto de los aditivos, la temperatura y la anisotropía de energía superficial en la formación y evolución de los límites de grano de baja energía en el carburo de tungsteno

Figura 3. Efecto de la rotación del grano WC en la deformación microplástica en carburo de tungsteno nanocristalino

Figura 4. Microestructura y propiedades mecánicas de un nuevo tipo de material de bloque de WC de alta dureza con fase no ligada

Figura 5. Reacciones de dislocación típicas (incluida la descomposición de dislocación, la formación de dislocaciones de la barra de compresión, etc.) en el plano base del WC y el plano de deslizamiento principal en el cilindro

Figura 6. Efecto de la respuesta de deformación no homogénea sobre el comportamiento de fractura del carburo de tungsteno durante la compresión