높은 경도와 내마모성으로 인해 텅스텐 카바이드  is widely used as a variety of processing tool materials, known as “industrial teeth”. Among them, WC Co 텅스텐 카바이드  가장 큰 생산 및 소비 텅스텐 카바이드  기재. 수십 년의 개발 끝에 엔지니어링 응용 프로그램에서 텅스텐 카바이드 , 경도 및 내마모성은 기본적으로 서비스 성능 요구 사항을 충족시킬 수 있으며, 파괴 강도 및 충격 인성은 응용의 확장의 병목 현상입니다. 텅스텐 카바이드 특히 고급 애플리케이션입니다. 오랫동안 강화 및 강화 메커니즘에 대한 체계적인 이해가 부족합니다. 텅스텐 카바이드 이는 첨가제가 포함 된 일종의 금속 세라믹 이중상 복합재 및 다상 복합재입니다. 이러한 종류의 재료 시스템의 다 성분, 구조, 기계적 거동 및 포괄적 인 성능 사이의 관계는 추가 연구가 필요합니다.

1.과학적 문제ems

현재, 분야의 일반적인 기본 연구 과학적 문제 텅스텐 카바이드  엔지니어링 응용 프로그램에서 다음과 같이 요약 할 수 있습니다.

초 미세 및 나노 결정의 산업적 제조에서 텅스텐 카바이드 결정립 성장 억제제를 첨가하여 결정립 성장을 제어해야한다. 그러나 억제제는 일반적으로 인성 및 강도에 악영향을 미칩니다. 텅스텐 카바이드 . 억제제 유래 미세 구조의 안정성 제어 인자와 미세 구조 및 기계적 특성에 미치는 영향을 완전히 이해해야한다. 텅스텐 카바이드 .

서브 마이크론 이하의 경질 상 입자 크기가 감소함에 따라, 내부 계면은 점차적으로 인성 및 강도에 영향을 미치는 주요 요인이된다. 텅스텐 카바이드 . 그러나 WC / CO 및 WC / WC 경계를 안정화시킬 수있는 요인과 안정화 메커니즘은 잘 알려져 있지 않으며 저에너지 인터페이스의 형성 및 진화 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다.

기계적 행동과 미세 메커니즘의 연구를 통해 텅스텐 카바이드  실온 및 고온에서, 서비스 프로세스에서의 강화 및 강화 메커니즘에 대한 이해가 깊어 져서 고성능의 설계 및 준비를 안내 할 수있다 텅스텐 카바이드 . 현재, 미세 변형 메커니즘, 소성 원 및 고온의 기계적 거동에 대한 체계적인 이해가 없다. 텅스텐 카바이드 .

2.연구 진행

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 텅스텐 카바이드 . 2013 년 연구팀은 처음으로 나노 결정질을 준비했습니다 텅스텐 카바이드  고밀도 및 고 인성 모두를 갖는 고밀도 및 균일 한 구조를 갖는 블록 재료 및 나노 결정 성 2상의 계면 응집성 강화 이론을 제시 함 텅스텐 카바이드  (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 텅스텐 카바이드  재료, 그리고 2-6 원자 층 두께, 영향 요인, 안정화 접근 및 마이크로 메커니즘을 가진 여러 종류의 인터페이스 구조를 발견했습니다. 첨가제의 최적화와 구성의 미세 조정을 기반으로 인터페이스 구조의 안정성을 정확하게 제어 할 수 있습니다. V, Cr, Ti, Ta 및 Nb와 같은 다양한 원소를 갖는 상 계면 정합 물질의 입자 간 파괴 방지 메커니즘이 제안되어있다. 더욱이, 낮은 에너지 경계에서 ∑ 2 및 ∑ 13A의 형성 및 진화에 대한 계면 구조 안정성 및 표면 에너지 이방성의 영향은 결정립 성장 억제제를 최적화하고 소결 치밀화 온도를 제어함으로써 얻어졌다. 따라서, WC / CO 응집성 상 경계 대 WC / WC 저에너지 입자 경계 분포의 비를 증가시키는 제어 가능한 제조 문제 텅스텐 카바이드  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 텅스텐 카바이드 s” and “low energy grain boundaries in WC Co 텅스텐 카바이드 s”. Guided by the basic research, the research group and the enterprise cooperated to prepare the ultra-high strength and high toughness 텅스텐 카바이드  5200mpa 이상의 평균 횡 파괴 강도와 13.0mpa · M1 / 2 이상의 파괴 인성을 갖는 봉재 파괴 강도 값은 유사한 것 중에서 가장 높은 파괴 강도의 지수입니다. 텅스텐 카바이드  세계에서보고되었습니다.

또한, 연구 그룹은 텅스텐 카바이드의 미세 구조, 기계적 거동 및 포괄적 인 속성 사이의 관계에 대한 많은 연구를 수행했습니다. 실험의 측면에서, 외부 하중 하에서 텅스텐 카바이드의 미세 구조 진화, 특히 전위 및 적층 결함 운동 법칙은 현장 기계적 실험을 통해 실현되었다.

미세 구조 특성화 및 결정학 분석을 통해, 고강도 및 인성 텅스텐 카바이드에서 경질 상 및 연성상의 결정 결함의 상호 작용 메커니즘이 제안되었으며, 균열 핵 생성을 지연시키고 균열 성장에 저항하는 효과의 메커니즘이 밝혀졌다. 특히, 텅스텐 카바이드의 변형 거동을 고려하여, WC상의 주 슬립 시스템은 실온에서 압축 바의 전위를 생성 할 수 있고, 고온에서 새로운 슬립 시스템의 활성화는 소성 기여를 제공 할 수 있으며, 이는 정량적으로 텅스텐 카바이드의 소성 변형과 슬립 시스템의 이동 및 전위와 온도에 따른 변화 규칙 간의 관계를 나타냅니다. 시뮬레이션 계산의 측면에서, 분자 역학 방법에 의해 실온 및 고온에서이 결정 및 다결정 텅스텐 카바이드의 기계적 거동을 연구하였고, 결정립계, 상 경계, 과립 내 결함 및 입도에 대한 결정립의 영향에 대한 미세 메커니즘 텅스텐 카바이드의 변형 및 파괴 거동이 원자 규모로 명확 해졌다. 전자 스케일에서, 전자 상태의 밀도 및 WC의 결합 형태가 제 1 원리에 의해 계산 및 분석되고, WC의 높은 경도의 미세 메커니즘이 명확해진다.

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).

그림 1. VC 및 Cr3C2를 추가하여 형성된 WC / CO 위상 경계의 인터페이스 구조 및 진화 특성

New Breakthrough of Tungsten Carbide with Superior Properties of the Beijing University 2

그림 2. 텅스텐 카바이드에서 저에너지 입자 경계의 형성 및 진화에 대한 첨가제, 온도 및 표면 에너지 이방성의 영향

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그림 3. 나노 결정 텅스텐 카바이드의 미세 소성 변형에 대한 WC 입자 회전의 영향

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그림 4. 재결합되지 않은 상을 가진 새로운 유형의 고경도 WC 블록 재료의 미세 구조 및 기계적 특성

그림 5. WC 기본 평면 및 실린더의 메인 슬립 평면에서의 전형적인 전위 반응 (탈구 분해, 압축 바 전위의 형성 등 포함)

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그림 6. 압축 중 텅스텐 카바이드의 파괴 거동에 대한 비균질 스트레인 반응의 영향

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