その高い硬度と耐摩耗性により、 炭化タングステン  is widely used as a variety of processing tool materials, known as “industrial teeth”. Among them, WC Co 炭化タングステン  の最大の生産と消費(fèi)です 炭化タングステン  材料。數(shù)十年にわたる開発の後、 炭化タングステン 、硬度と耐摩耗性は基本的にサービス性能の要件を満たすことができますが、破壊強(qiáng)度と衝撃靭性は、アプリケーションの拡張のボトルネックです 炭化タングステン 、特にハイエンドアプリケーション。長(zhǎng)い間、の強(qiáng)化と強(qiáng)化メカニズムについての體系的な理解が不足しています。 炭化タングステン 、一種の金屬セラミック二相複合材料と添加剤を含む多相複合材料です。この種の材料システムの多成分、構(gòu)造、機(jī)械的挙動(dòng)と包括的な性能の関係は、さらに研究する必要があります。

1.科學(xué)的問(wèn)題ems

現(xiàn)在、分野の共通の基礎(chǔ)研究の科學(xué)的な問(wèn)題 炭化タングステン  エンジニアリングアプリケーションから、次のように要約できます。

超微細(xì)でナノ結(jié)晶の工業(yè)的調(diào)製において 炭化タングステン 、粒成長(zhǎng)抑制剤を添加して粒成長(zhǎng)を制御する必要があります。しかし、阻害剤は通常、靭性と強(qiáng)度に悪影響を及ぼします 炭化タングステン 。阻害剤由來(lái)の微細(xì)構(gòu)造の安定性制御因子と、微細(xì)構(gòu)造および機(jī)械的特性への影響を完全に理解する必要があります。 炭化タングステン .

硬質(zhì)相の結(jié)晶粒徑がサブミクロンスケール未満に減少すると、內(nèi)部界面は徐々に、靭性と強(qiáng)度に影響を與える主な要因になります。 炭化タングステン 。ただし、WC / COおよびWC / WC境界を安定化できる要因と安定化のメカニズムはよく理解されておらず、低エネルギー界面の形成と進(jìn)化のメカニズムはよく理解されていません。

の機(jī)械的挙動(dòng)と微細(xì)機(jī)構(gòu)の研究を通じて 炭化タングステン  室溫および高溫で、サービスプロセスの強(qiáng)化および強(qiáng)化メカニズムの理解を深め、高性能の設(shè)計(jì)と準(zhǔn)備をガイドすることができます。 炭化タングステン ?，F(xiàn)時(shí)點(diǎn)では、微小変形メカニズム、塑性の源、および材料の高溫機(jī)械的挙動(dòng)の體系的な理解はありません。 炭化タングステン .

2.研究の進(jìn)展

Professor Song Xiaoyan’s team of Beijing University of technology has carried out a series of basic researches on the practical problems in the engineering application of 炭化タングステン 。 2013年に、研究チームは最初にナノ結(jié)晶を準(zhǔn)備しました 炭化タングステン  高い硬度と高い靭性の両方を備えた高密度で均一な構(gòu)造の材料をブロックし、ナノ結(jié)晶性二相の界面コヒーレント強(qiáng)化理論を提唱 炭化タングステン  (ACTA mater. 2013, 61, 2154-2162), which has been fully verified in in-situ mechanical experiments (mater. Res. lett. 2017, 5, 55-60). Recently, combining theoretical modeling and experimental design, the research group has deeply studied various “interface structures” that may appear in 炭化タングステン  材料、および2?6原子層の厚さ、影響因子、安定化アプローチ、マイクロメカニズムを備えたいくつかの種類のインターフェイス構(gòu)造が見つかりました。添加剤の最適化と組成の微調(diào)整により、界面構(gòu)造の安定性を的確にコントロールします。 V、Cr、Ti、Ta、Nbなどのさまざまな元素を含む相界面整合材料の反粒界破壊のメカニズムが提案されています。さらに、粒成長(zhǎng)の阻害剤を最適化し、焼結(jié)緻密化溫度を制御することにより、低エネルギー境界での∑ 2および∑ 13Aの形成と進(jìn)化に対する界面構(gòu)造の安定性と表面エネルギー異方性の影響が得られました。したがって、WC / COコヒーレント相境界のWC / WC低エネルギー粒界分布に対する比率を増加させるという制御可能な準(zhǔn)備問(wèn)題は、 炭化タングステン  is solved. Relevant achievements were successively published in Acta mater. 2018, 149, 164-178 and Acta mater. 2019, 175, 171-181 under the titles of “complexions in WC Co 炭化タングステン s” and “l(fā)ow energy grain boundaries in WC Co 炭化タングステン s”. Guided by the basic research, the research group and the enterprise cooperated to prepare the ultra-high strength and high toughness 炭化タングステン  平均橫方向破壊強(qiáng)度が5200mpaを超え、破壊靭性が13.0mpa?M1 / 2を超えるバー。破壊強(qiáng)度値は、類似の中で最も高い破壊強(qiáng)度の性能指標(biāo)です。 炭化タングステン  世界で報(bào)告されました。

さらに、研究グループは、炭化タングステンの微細(xì)構(gòu)造、機(jī)械的挙動(dòng)、および包括的な特性の間の関係について多くの研究を行ってきました。実験の面では、外部荷重下の炭化タングステンの微細(xì)構(gòu)造の進(jìn)化、特に転位と積層斷層運(yùn)動(dòng)の法則は、その場(chǎng)での機(jī)械実験によって実現(xiàn)されました。

微細(xì)構(gòu)造の特性評(píng)価と結(jié)晶學(xué)解析の助けを借りて、高強(qiáng)度と靭性の炭化タングステンにおける硬質(zhì)相と延性相の結(jié)晶欠陥の相互作用メカニズムが提案され、亀裂の核形成の遅延と亀裂の成長(zhǎng)への抵抗に対するそのメカニズムが明らかになりました。特に、炭化タングステンのひずみ挙動(dòng)を考慮すると、WC相のメインスリップシステムは、室溫で圧縮バーの転位を生成することができますが、高溫での新しいスリップシステムの活性化は、塑性の寄與を提供することができます。炭化タングステンの塑性ひずみとすべり系の動(dòng)きと転位の関係、溫度による変化則を明らかにします。シミュレーション計(jì)算の側(cè)面では、室溫および高溫での雙結(jié)晶および多結(jié)晶炭化タングステンの機(jī)械的挙動(dòng)が分子動(dòng)力學(xué)法によって研究され、粒界、相境界、粒內(nèi)欠陥および粒サイズが炭化タングステンの変形?破壊挙動(dòng)を原子スケールで明らかにした。電子スケールでは、WCの電子狀態(tài)密度と結(jié)合形態(tài)を第一原理で計(jì)算?解析し、WCの高硬度化のミクロ機(jī)構(gòu)を解明します。

It is proposed that the elastic modulus and hardness of WC can be further improved by micro solid solution of metal elements with high work function, and then higher hardness re solid solution unbonded phase WC bulk material is successfully synthesized in the experiment. In 2019, the above research progress was published in three consecutive articles in the international well-known journal crystal Journal: Acta crystal. 2019, B75, 134-142 (the first author is Fang Jing, master’s student); Acta crystal. 2019, B75, 994-1002 (the first author is Dr. LV Hao); Acta crystal. 2019, B75, 1014-1023 (the first author is Hu Huaxin, doctoral student). On the meso and macro scale, a finite element model based on the real three-dimensional structure of tungsten carbide  is established. The heterogeneous strain response and plastic deformation behavior of tungsten carbide  under the interaction of as prepared residual thermal stress and external stress in the bearing process are studied. The relationship between microstructure deformation behavior fracture toughness is revealed. This achievement was published in int. J. plasticity, 2019, 121, 312-323 (the first author is Dr. Li Yanan).

図1. VCとCr3C2を追加して形成されたWC / CO相境界の界面構(gòu)造と進(jìn)化特性

図2.炭化タングステンの低エネルギー結(jié)晶粒界の形成と進(jìn)展に対する添加剤、溫度、表面エネルギーの異方性の影響

図3. WC粒子の回転がナノ結(jié)晶質(zhì)炭化タングステンのマイクロ塑性変形に及ぼす影響

図4.再結(jié)合されていない相を含む新しいタイプの高硬度WCブロック材料の微細(xì)構(gòu)造と機(jī)械的特性

図5. WCベース平面とシリンダーの主すべり平面での典型的な転位反応（転位分解、圧縮バー転位の形成などを含む）

図6.圧縮中の炭化タングステンの破壊挙動(dòng)に及ぼす不均一なひずみ応答の影響