超硬合金は代表的な脆性材料です。従來の均一な炭化物、均一な組成と組織のさまざまな部分の材料、合金は全體的に均一であり、その性能は一貫しています。超硬合金の主成分には、さまざまな硬質(zhì)相と結(jié)合相があります。相や固溶體などの硬質(zhì)相は、合金の硬度と耐摩耗性に重要な役割を果たします。結(jié)合は、合金の強(qiáng)度と靭性に重要な影響を與えます。

一般に、WC粒徑を大きくするか、Co含有量を増やすと、合金の結(jié)合相の厚さが増加し、合金の可塑性が向上します。延性に優(yōu)れた合金では、局所的な集中応力により、変形により塑性が不十分な合金を緩和できます。亀裂の発生と伝播は、応力緩和によって引き起こされ、合金の亀裂を引き起こします。

したがって、伝統(tǒng)的な方法は合金を増やすことです。含有量および結(jié)晶粒徑の増加は、硬質(zhì)合金の靭性を増加させる方向としての役割を果たす。ただし、同時(shí)に硬度と耐摩耗性が低下します。逆に、曲げ強(qiáng)度と衝撃靭性を犠牲にすることなく、硬度と耐摩耗性を高めることができます。そのため、超硬合金材料の硬さと靭性は大きく矛盾し、従來の硬さと靭性の高い均一な超硬合金を同時(shí)に得ることは容易ではありません。多くの使用條件では、従來の均一な硬質(zhì)合金の適用には一定の制限があります。たとえば、ロックドリルボールとコバルトヘッドが機(jī)能している場合、それらは衝撃荷重とねじり荷重を受けるだけでなく、巖石によって深刻に摩耗されなければなりません。

これは、コバルトの歯が十分な衝撃靭性を持っているだけでなく、高いことも必要とします。耐摩耗性はその仕事を完了することができます。合成ダイヤモンドの合成で使用される場合、カーバイドトップハンマーは高溫高圧にさらされ、一部の部品には圧縮応力がかかり、一部の部品には引張応力またはせん斷応力がかかります。パーツごとに要件があります。

性能や機(jī)能が異なります。このように、従來の均一な構(gòu)造の硬質(zhì)合金の硬度と靭性の対立は、その適用分野のさらなる拡大を制限し、現(xiàn)代社會(huì)の発展のための「ダブルハイ」の高硬度と高靭性の要件を満たすことは困難です。新しいタイプの硬質(zhì)合金材料では、ツールのさまざまな部分にさまざまな機(jī)能要件があることが特に重要になります。

世界のさまざまな國の材料科學(xué)者は、従來の均一な硬質(zhì)合金における上記の矛盾をさまざまな効果的な方法で解決し、製造コストと使用コストを削減し、それらの総合的なパフォーマンスを改善しようとしています。現(xiàn)在、主に超微細(xì)およびナノハード合金があります（いわゆる超微細(xì)超硬合金は0.2-0.5μmの炭化タングステン粒子サイズの合金であり、ナノハード合金は炭化タングステンの合金です0.2μm未満の粒子サイズ）、血小板強(qiáng)化炭化物、被覆炭化物、機(jī)能傾斜炭化物、およびその他の方向は、この矛盾を効果的に解決できます。たとえば、ナノサイズの硬質(zhì)合金のコバルト含有量が高い場合、良好な破壊性能だけでなく、硬度も高く、バインダー相または硬質(zhì)にすることで合金の靭性と硬度の機(jī)能傾斜炭化物の最適な組み合わせに到達(dá)します一方向に沿った相は、合金の異なる部分に異なる特性を與えるために増加または減少しているので、炭化物の使用で靭性と耐摩耗性の組み合わせを完全に達(dá)成できます。以下は、傾斜超硬合金の新しい進(jìn)歩の簡単な紹介です。

傾斜機(jī)能超硬合金

材料の組成とコンポーネントの特性の急激な変化は、內(nèi)部または外部の応力にかかわらず、多くの場合、局所的な応力集中を引き起こします。ある材料から別の材料への移行が徐々に行われる場合、これらの応力集中は大幅に増加します。減らす。

これらの考慮事項(xiàng)は、ほとんどの傾斜機(jī)能材料の基本的な論理要素を形成します。日本の科學(xué)者は最初に、機(jī)能的傾斜材料を提案しました。これは、コンポーネントの微細(xì)構(gòu)造および/または組成の段階的な変化の導(dǎo)入、空間におけるその微細(xì)構(gòu)造および/または組成の段階的な変化、ならびに物理的、化學(xué)的および機(jī)械的特性材料。

パフォーマンスは対応する空間の勾配変化を示すため、コンポーネントのさまざまな場所でのさまざまなパフォーマンス要件を満たし、コンポーネント全體として最高の結(jié)果を?qū)g現(xiàn)します。

この設(shè)計(jì)思想は、1980年代中期から後期にかけて超硬合金の分野で導(dǎo)入され、傾斜超硬合金が提案され、急速な発展を遂げた。超硬合金の実際の使用では、作業(yè)場所が異なれば性能要件も異なります。たとえば、超硬合金コバルトヘッドには、高い表面耐摩耗性と全體的な耐衝撃性が必要です。

新しいタイプの超硬合金材料を開発できる場合、この材料の構(gòu)造的特徴は、表面層がバインダー相の低い構(gòu)造であり、コアのバインダー相の含有量が平均値であることです。表面層とコア。これは、結(jié)合コンテンツが高く、継続的に分布する遷移層です。この種の構(gòu)造では、各部品の結(jié)合相の分布が異なるため、合金表面の結(jié)合層の含有量は各部品の平均値より低く、硬度が高く、耐摩耗性が良好で、結(jié)合層遷移層のコンテンツ。高、良好な靭性と耐衝撃性を満たすことができます。

二相構(gòu)造では、表面層のコバルト含有量は合金の公稱コバルト含有量より低く、中間層のコバルト含有量は合金の公稱コバルト含有量より高く、コアのコバルト含有量η相を含むのは、合金の公稱コバルト含有量です。合金のコバルト含有量が勾配変化を示すので、合金のさまざまな部分の硬度も対応する法則を反映しています。さらに、コバルト含有量の勾配分布により、斷面の異なる部分の焼結(jié)収縮が不均一になり、合金に殘留応力が発生します。合金の表面層のコバルトの含有量が低く、WC + Co +ηの含有量が高いため、合金の表面は非常に高い硬度と非常に優(yōu)れた耐摩耗性を備えています。合金の中間層では、コバルト含有量は合金の公稱含有量よりも高いため、層は良好な靭性と可塑性を備えているため、合金はより高い負(fù)荷に耐えることができます。合金內(nèi)部のη相組織は剛性に優(yōu)れています。実験結(jié)果は、DP合金の耐摩耗性と靭性が従來の均一な硬質(zhì)合金よりも明らかに優(yōu)れていることを示しています。 DP合金の採用により、明らかに巖盤掘削の効率が向上し、採掘コストを削減できます。

各國の傾斜材料の現(xiàn)在の研究狀況によれば、主に合金、硬質(zhì)相組成傾斜超硬合金（コーティングマトリックスとして使用されるβ層など）などの3種類の傾斜超硬合金結(jié)合相組成炭化物があります。勾配超硬合金）および硬質(zhì)相の粒子サイズ勾配超硬合金（粒子勾配超硬合金トップハンマーなど）。

浸炭後の合金中の液體バインダー相の方向性移動(dòng)に起因するコバルト相の勾配分布の形成メカニズムの観點(diǎn)は、まだ統(tǒng)一されていない?，F(xiàn)在の研究報(bào)告によると、液相の方向性移動(dòng)には、主に3種類の液相による質(zhì)量移動(dòng)、異なるWC粒子サイズによるバインダー相の配向移動(dòng)、および異なる炭素含有量による液相移動(dòng)が含まれます。たとえば、同じWC炭素含有量、均一な粒子サイズ、異なるバインダーコバルト含有量の2つのYG合金を重ね、液相溫度で一定時(shí)間保持します。その結(jié)果、結(jié)合コバルト相は、高コバルト含有量から低コバルト含有量にシフトします。移行の一方。

例えば、異なる粒子サイズの1つは微粒子であり、もう1つは同じコバルトを添加して2種類の混合物を形成する粗い粒子であり、真空焼結(jié)のために2層合金にプレスされます。液體の結(jié)合相は、片側(cè)から反対側(cè)まで細(xì)かく見えます。穀物面が移動(dòng)します。高炭素超硬合金は脫炭雰囲気で脫炭されますが、液體結(jié)合相はサンプルの內(nèi)部から表面に移動(dòng)し、低炭素合金は浸炭処理液體結(jié)合相の後で中心に移動(dòng)します。

炭素含有量の違いによって引き起こされるマイグレーション現(xiàn)象は、合金の異なる部分の液相の量の違いによって引き起こされます。このタイプの脫炭または浸炭合金は內(nèi)部炭素含有量が等しくなく、炭素含有量が高い地域では炭素含有量が比較的高くなります。炭素含有量が低い領(lǐng)域では、液相は炭素含有量が高い領(lǐng)域から炭素含有量が低い領(lǐng)域に移動(dòng)します。まとめると、液相移動(dòng)の主なメカニズムは次のとおりです。

バインダー相は粗粒炭化物領(lǐng)域から細(xì)粒炭化物領(lǐng)域に移動(dòng)し、移動(dòng)の原動(dòng)力は毛管圧力差、すなわち毛管力の作用です。結(jié)合相は、高液相領(lǐng)域から低液相領(lǐng)域に移動(dòng)して移動(dòng)します。駆動(dòng)力とは、液相の圧力差、つまり液相の體積差にある物質(zhì)の狀態(tài)が変化したときに圧力を発生させる體積膨張または體積収縮の役割です。

勾配超硬合金は、従來の均質(zhì)超硬合金に存在する硬度と靭性の矛盾を解決することに成功しました。この新素材の開発は、1950年代以降の超硬合金の歴史の中で最も重要なものと考えられています。革新。"勾配超硬合金の獨(dú)特の微細(xì)構(gòu)造と特性により、勾配機(jī)能材料と硬質(zhì)合金の分野で重要な研究內(nèi)容になっています?，F(xiàn)在、コーティング基板、超硬切削工具、採掘?削巖工具、張出金型、打ち抜き工具などに広く使用されており、その応用分野は常に拡大しています。

（1）コーティング基板として使用

材料によって熱膨張係數(shù)が異なるため、冷卻中の熱応力により、コーティングツールの材料に亀裂が生じる可能性があります。勾配構(gòu)造の超硬合金が母材として使用されます。つまり、勾配焼結(jié)コーティングマトリックスは、表面領(lǐng)域に立方晶炭化物と炭窒化物が欠けた延性領(lǐng)域を形成します。 。 、界面結(jié)合強(qiáng)度を改善し、界面応力集中を低減することにより、超硬切削工具の性能を向上させます。

（2）超硬工具として使用

従來の超硬合金を変更します。一定比率モデルは、低表面含有量と高コア含有量の傾斜構(gòu)造硬質(zhì)合金を作成するために使用されるため、表面層は高硬度と優(yōu)れた耐摩耗性を持ち、コアは高強(qiáng)度と良好な衝撃靭性を持ち、強(qiáng)度を高めますそして合金の靭性。よく調(diào)整されているため、耐摩耗性と靭性の両方を備えた切削工具を製造するために使用できます。

（3）採掘および削巖ツール採掘および削巖ツール

ボール歯を使用するには、動(dòng)作中に摩耗と衝撃が大きくなるため、合金に高い表面耐摩耗性と高い強(qiáng)度が要求されます。従來の均一合金は、この要件を満たすのが困難です。耐摩耗性と靭性の両方が、従來の均一な炭化物よりも大幅に優(yōu)れています。

（4）パンチツールとして使用

シートメタルは通常、パンチングまたはパンチングによって準(zhǔn)備されます。この方法では、向かい合う作業(yè)エッジ間で材料が破損します。パンチング中、パンチはダイを通して金屬プレートに垂直な方向に移動(dòng)し、金屬プレートをパンチします。パンチの故障モードは通常、刃先の摩耗によるものであり、最終的にはパンチの刃先が円錐狀になり、パンチ中の摩擦力が増加し、最終的にパンチの品質(zhì)が低下します。傾斜炭化物切削工具の壽命をできるだけ延ばすには、中心がη相領(lǐng)域で、核のない周囲領(lǐng)域で囲まれ、ηの露出した作業(yè)面を持つ傾斜超硬合金を使用する必要があります-段階。超硬合金をパンチとして使用する場合、WCの粒徑は2?3μmであり、標(biāo)準(zhǔn)の超硬合金の打ち抜き回?cái)?shù)はわずか15回であり、傾斜構(gòu)造の超硬合金の打ち抜きおよびせん斷の回?cái)?shù)は最大64,000回です。スチールダイパンチの數(shù)は約7231回。パンチングツールとしての傾斜超硬合金は、ツールの耐用年數(shù)を大幅に改善できることがわかります。

傾斜超硬合金の研究は、材料設(shè)計(jì)、材料準(zhǔn)備、および特性評(píng)価の3つの部分で構(gòu)成されています。これらの3つの部分は互いに補(bǔ)完し合い、不可欠です。材料の準(zhǔn)備は、傾斜超硬合金研究の中核です。材料設(shè)計(jì)は、構(gòu)造の最適な組成と勾配分布を提供します。設(shè)計(jì)?作成された材料が所定の機(jī)能を満たしているかどうかを判斷するには、性能評(píng)価を行う必要があります。

勾配超硬合金設(shè)計(jì)は、一般的に次のいくつかのリンクを通過する必要があります。まず、コンポーネントの構(gòu)造形狀と実際の使用條件に従って、既存の材料合成と性能データベースから熱力學(xué)的境界條件を引き出し、金屬の可能な合成を選択します。セラミック材料の組み合わせシステムと準(zhǔn)備方法結(jié)合剤相と硬質(zhì)相の組み合わせ比率と分布規(guī)則を想定し、材料の微細(xì)構(gòu)造混合則を使用して、熱弾性理論と計(jì)算數(shù)學(xué)法を使用して、材料構(gòu)造の同等の物理パラメータを?qū)Г訾筏蓼?。材料?gòu)造の勾配成分の分布関數(shù)は、溫度分布と熱応力によってシミュレートされ、最適な組成分布と材料システムが設(shè)計(jì)されます。勾配超硬合金設(shè)計(jì)の中核となる作業(yè)は、次の3つの部分で構(gòu)成されています。

（1）設(shè)計(jì)された勾配機(jī)能材料が性能要件を満たすように、適切な勾配成分分布モデルを確立する

（2）傾斜材料の物性推定

（3）傾斜機(jī)能材料の溫度場と熱応力の計(jì)算

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