بسبب صلابة عالية ومقاومة التآكل ، كربيد التنغستن  is widely used as a variety of processing tool materials, known as “industrial teeth”. Among them, WC Co كربيد التنغستن  هو أكبر إنتاج واستهلاك كربيد التنغستن  المواد. بعد عقود من التطوير في التطبيق الهندسي كربيد التنغستن ، يمكن لمقاومة الصلابة ومقاومة التآكل تلبية متطلبات أداء الخدمة بشكل أساسي ، في حين أن قوة الكسر ومتانة التأثير هي عنق الزجاجة لتوسيع تطبيق كربيد التنغستن ، وخاصة التطبيق الراقي. لفترة طويلة ، هناك نقص في الفهم المنتظم حول آلية تقوية وتشديد كربيد التنغستن ، وهو نوع من مركب سيراميك معدني ثنائي الطور ومركب متعدد الطور مع مواد مضافة. تحتاج العلاقة بين المكونات المتعددة ، والبنية ، والسلوك الميكانيكي والأداء الشامل لهذا النوع من نظام المواد إلى مزيد من الدراسة.

1.مشكلة علميةems

في الوقت الحاضر ، المشاكل العلمية البحثية الأساسية المشتركة في مجال كربيد التنغستن  من التطبيق الهندسي يمكن تلخيصها على النحو التالي:

في التحضير الصناعي للالمتناهية الصغر والبلورية النانوية كربيد التنغستن ، يجب التحكم في نمو الحبوب بإضافة مثبطات نمو الحبوب. ومع ذلك ، عادة ما يكون للمثبطات تأثيرات ضارة على المتانة والقوة كربيد التنغستن . من الضروري أن نفهم تمامًا عوامل التحكم في الاستقرار في البنية المجهرية المستمدة من المثبط والتأثيرات على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية كربيد التنغستن .

مع انخفاض حجم الحبوب للمرحلة الصعبة تحت مقياس دون الميكرون ، تصبح الواجهة الداخلية تدريجياً العامل الرئيسي الذي يؤثر على متانة وقوة كربيد التنغستن . ومع ذلك ، فإن العوامل التي يمكن أن تثبت حدود WC / CO و WC / WC وآلية التثبيت غير مفهومة جيدًا ، ولا يتم فهم آلية التكوين والتطور للواجهة منخفضة الطاقة جيدًا.

من خلال دراسة السلوك الميكانيكي والآلية الدقيقة كربيد التنغستن  في درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المرتفعة ، يمكن تعميق فهم آلية التقوية والتشديد في عملية الخدمة ، وذلك لتوجيه تصميم وإعداد الأداء العالي كربيد التنغستن . في الوقت الحاضر ، لا يوجد فهم منهجي لآلية التشوه الجزئي ، ومصدر اللدونة والسلوك الميكانيكي العالي الحرارة كربيد التنغستن .

2.تقدم البحث

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 كربيد التنغستن . في عام 2013 ، أعد فريق البحث لأول مرة النانو البلورية كربيد التنغستن  حظر المواد ذات الكثافة العالية والهيكل الموحد ، والتي لها صلابة عالية وصلابة عالية ، وطرح نظرية التشديد المترابط للواجهة من النانو البلورية على مرحلتين كربيد التنغستن  (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 كربيد التنغستن  المواد ، ووجدت عدة أنواع من هياكل الواجهة بسماكة 2-6 طبقة ذرية ، والعوامل المؤثرة ، ونهج الاستقرار والآليات الدقيقة. استنادًا إلى تحسين الإضافات وضبط التركيبة ، يتم تحقيق التحكم الدقيق في استقرار بنية الواجهة. تم اقتراح آلية الكسر المضاد للحبيبات لمواد مطابقة واجهة الطور مع عناصر مختلفة مثل V و Cr و Ti و Ta و Nb. علاوة على ذلك ، تم الحصول على تأثير استقرار بنية الواجهة وتباين الطاقة السطحية على تكوين وتطور ∑ 2 و ∑ 13A عند حدود الطاقة المنخفضة من خلال تحسين مثبطات نمو الحبوب والتحكم في درجة حرارة تكثيف اللبيدة. وبالتالي ، فإن مشكلة التحضير التي يمكن التحكم فيها هي زيادة نسبة حدود المرحلة المتماسكة WC / CO إلى توزيع حد الحبوب منخفض الطاقة WC / WC في كربيد التنغستن  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 كربيد التنغستن s” and “low energy grain boundaries in WC Co كربيد التنغستن s”. Guided by the basic research, the research group and the enterprise cooperated to prepare the ultra-high strength and high toughness كربيد التنغستن  قضبان بمتوسط قوة الكسر العرضي أكثر من 5200 ميجا باسكال وصلابة الكسر أكثر من 13.0 ميجا باسكال · M1 / 2. قيمة مقاومة الكسر هي أعلى مؤشر أداء لقوة الكسر بين مماثلة كربيد التنغستن  ذكرت في العالم.

بالإضافة إلى ذلك ، قامت مجموعة البحث بالكثير من الأبحاث حول العلاقة بين البنية المجهرية والسلوك الميكانيكي والخصائص الشاملة لكربيد التنغستن. في جانب التجربة ، تم تحقيق تطور البنية المجهرية لكربيد التنغستن تحت التحميل الخارجي ، خاصةً قانون حركة الخلع والتراص ، من خلال تجربة ميكانيكية في الموقع.

بمساعدة توصيف البنية الدقيقة وتحليل البلورات ، تم اقتراح آلية التفاعل بين العيوب البلورية للمرحلة الصعبة والمرحلة الداعمة في كربيد التنغستن عالي الصلابة والمتانة ، وتم الكشف عن آلية تأثيرها على تأخير تنوي الكراك ومقاومة نمو الكراك. على وجه الخصوص ، في ضوء سلوك الإجهاد من كربيد التنغستن ، يقترح أن نظام الانزلاق الرئيسي لمرحلة مرحاض يمكن أن يؤدي إلى خلع شريط الضغط في درجة حرارة الغرفة ، في حين أن تنشيط نظام الانزلاق الجديد عند درجة حرارة عالية يمكن أن يوفر مساهمة بلاستيكية ، والتي من الناحية الكمية يكشف العلاقة بين السلالة البلاستيكية من كربيد التنغستن وحركة نظام الانزلاق والخلع وكذلك قاعدة التغيير مع درجة الحرارة. في جانب حساب المحاكاة ، تم دراسة السلوك الميكانيكي لكربيد التنغستن ثنائي البلورات والكريستالات في درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة المرتفعة بواسطة طريقة الديناميكيات الجزيئية ، والآلية الدقيقة لتأثير حدود الحبوب ، وحدود الطور ، والعيوب داخل الجمجمة وحجم الحبوب على تم توضيح تشوه وسلوك كربيد التنغستن على المقياس الذري. على النطاق الإلكتروني ، يتم حساب الكثافة الإلكترونية لحالة WC وشكل ارتباطها وتحليلها وفقًا للمبدأ الأول ، ويتم توضيح الآلية الدقيقة للصلابة العالية للحوض.

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).

الشكل 1. هيكل الواجهة وخصائص التطور لحدود مرحلة WC / CO المتكونة بإضافة VC و Cr3C2

اختراق جديد لكربيد التنجستن بخصائص متفوقة لجامعة بكين 2

الشكل 2 - تأثير المواد المضافة ودرجة الحرارة والطاقة متباينة التباين في تكوين وتطور حدود الحبوب منخفضة الطاقة في كربيد التنغستن

اختراق جديد لكربيد التنجستن بخصائص متفوقة لجامعة بكين 3

الشكل 3. تأثير دوران الحبوب WC على تشوه البلاستيك الجزئي في كربيد التنغستن كربيد النانو

اختراق جديد لكربيد التنجستن بخصائص متفوقة لجامعة بكين 4

الشكل 4. البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لنوع جديد من مواد كتلة WC عالية الصلابة مع طور غير متصل

الشكل 5. تفاعلات الخلع النموذجية (بما في ذلك تحلل الخلع ، وتشكيل خلع شريط الضغط ، وما إلى ذلك) على مستوى قاعدة مرحاض وطائرة الانزلاق الرئيسية على الاسطوانة

اختراق جديد لكربيد التنجستن بخصائص متفوقة لجامعة بكين 6

الشكل 6. تأثير استجابة سلالة غير متجانسة على سلوك كسر كربيد التنغستن أثناء الضغط

اختراق جديد لكربيد التنجستن بخصائص متفوقة لجامعة بكين 7