Pekin Üniversitesi'nin Üstün Özellikleri ile Tungsten Karbürün Yeni Atılımı

Yüksek sertliği ve aşınma direnci nedeniyle, tungsten karbür  is widely used as a variety of processing tool materials, known as “industrial teeth”. Among them, WC Co tungsten karbür  en büyük üretim ve tüketim tungsten karbür  malzemeler. Onlarca yıllık gelişimden sonra, mühendislik uygulamasında tungsten karbür , sertlik ve aşınma direnci temel olarak servis performansının gerekliliklerini karşılayabilirken, kırılma mukavemeti ve darbe tokluğu, uygulamanın genişlemesinin darboğazıdır. tungsten karbür , özellikle üst düzey uygulama. Uzun zamandır, güçlendirme ve sertleştirme mekanizması hakkında sistematik bir anlayış eksikliği var. tungsten karbür , bir çeşit metal seramik çift fazlı kompozit ve katkı maddeli çok fazlı kompozit malzemedir. Bu tür malzeme sisteminin çok bileşenli, yapı, mekanik davranış ve kapsamlı performans arasındaki ilişkinin daha fazla araştırılması gerekmektedir.

1.bilimsel probems

Şu anda, ortak temel araştırma bilimsel sorunları alanında tungsten karbür  mühendislik uygulamasından aşağıdaki gibi özetlenebilir:

ultra ince ve nanokristalin endüstriyel hazırlanmasında tungsten karbür , tane büyümesi, tane büyüme inhibitörleri eklenerek kontrol edilmelidir. Bununla birlikte, inhibitörlerin genellikle sertliği ve mukavemeti üzerinde olumsuz etkileri vardır. tungsten karbür . İnhibitör türevli mikroyapının kararlılık kontrol faktörlerini ve mikroyapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkilerini tam olarak anlamak gerekir. tungsten karbür .

Sert fazın tane boyutunun mikron altı ölçeğin altına düşmesiyle, iç arayüz yavaş yavaş sertliğin ve mukavemeti etkileyen ana faktör haline gelir. tungsten karbür . Bununla birlikte, WC / CO ve WC / WC sınırlarını stabilize edebilen faktörler ve stabilizasyon mekanizması iyi anlaşılmamıştır ve düşük enerjili arayüzün oluşumu ve evrim mekanizması iyi anlaşılmamıştır.

Mekanik davranış ve mikro mekanizmanın incelenmesi ile tungsten karbür  oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta, yüksek performanslı tasarım ve hazırlanmaya rehberlik etmek için hizmet sürecinde güçlendirme ve sertleştirme mekanizmasının anlaşılması derinleştirilebilir. tungsten karbür . Şu anda, mikro deformasyon mekanizması, plastisite kaynağı ve yüksek sıcaklık mekanik davranışı hakkında sistematik bir anlayış yoktur. tungsten karbür .

2.Araştırma ilerlemesi

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 tungsten karbür . 2013 yılında araştırma ekibi ilk olarak nanokristalini hazırladı tungsten karbür  hem yüksek sertlik hem de yüksek tokluğa sahip yüksek yoğunluklu ve düzgün yapıya sahip blok malzemeleri ve nanokristalin iki fazlı arayüz uyumlu tutarlı sertleştirme teorisini öne sürdü tungsten karbür  (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 tungsten karbür  ve 2-6 atomik tabaka kalınlığına sahip çeşitli türde arayüz yapıları, etkileyen faktörler, stabilizasyon yaklaşımları ve mikro mekanizmalar bulunmuştur. Katkı maddelerinin optimizasyonuna ve kompozisyonun ince ayarına dayanarak, arayüz yapısının kararlılığının doğru kontrolü gerçekleştirilir. Faz arayüzü eşleme malzemelerinin V, Cr, Ti, Ta ve Nb gibi çeşitli elementlerle anti-tanecikler arası kırılma mekanizması önerilmektedir. Ayrıca, arayüz yapısı stabilitesi ve yüzey enerjisi anizotropisinin, düşük enerji sınırlarında ∑ 2 ve ∑ 13A oluşumu ve gelişimi üzerindeki etkisi, tane büyümesi inhibitörlerinin optimize edilmesi ve Sinterleme Yoğunlaştırma sıcaklığının kontrol edilmesiyle elde edilmiştir. Böylece, WC / CO uyumlu faz sınırının WC / WC düşük enerjili tane sınırı dağılımına oranını arttırmak için kontrol edilebilir hazırlık problemi tungsten karbür  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 tungsten karbür s” and “low energy grain boundaries in WC Co tungsten karbür s”. Guided by the basic research, the research group and the enterprise cooperated to prepare the ultra-high strength and high toughness tungsten karbür  ortalama enine kırılma mukavemeti 5200mpa'dan fazla ve kırılma tokluğu 13.0mpa'dan fazla olan çubuklar · M1 / 2 Kırılma mukavemeti değeri, benzerleri arasında kırılma mukavemetinin en yüksek performans endeksidir. tungsten karbür  dünyada rapor.

Buna ek olarak, araştırma grubu tungsten karbürün mikroyapısı, mekanik davranışı ve kapsamlı özellikleri arasındaki ilişki üzerine birçok araştırma yapmıştır. Deney açısından, tungsten karbürün harici yükleme altında, özellikle çıkık ve istifleme hatası hareket yasası altında mikroyapı gelişimi, yerinde mekanik deney yoluyla gerçekleştirilmiştir.

İnce yapı karakterizasyonu ve kristalografi analizi sayesinde, sert faz ve sünek fazın kristal kusurlarının yüksek mukavemet ve tokluktaki tungsten karbürdeki etkileşim mekanizması önerildi ve çatlak çekirdeklenmesinin geciktirilmesi ve çatlak büyümesine direnme mekanizması ortaya çıktı. Özellikle, tungsten karbürün gerilme davranışı göz önüne alındığında, WC fazının ana kayma sisteminin, oda sıcaklığında sıkıştırma çubuğunun çıkmasına neden olabileceği, yüksek sıcaklıkta yeni kayma sisteminin aktivasyonunun, niceliksel olarak plastik katkı sağlayabileceği önerilmektedir. tungsten karbürün plastik suşu ile kayma sisteminin hareketi ve yerinden çıkması ile sıcaklık ile değişim kuralı arasındaki ilişkiyi ortaya koymaktadır. Simülasyon hesaplaması açısından, bikristal ve polikristal tungsten karbürün oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıktaki mekanik davranışı moleküler dinamik yöntem ve tane sınırı, faz sınırı, tanecik içi kusur ve tane büyüklüğünün mikro mekanizma üzerindeki etkisi tungsten karbürün deformasyonu ve kırılma davranışı atomik ölçekte açıklığa kavuşturuldu. Elektronik ölçekte, durumun elektronik yoğunluğu ve WC'nin bağlanma şekli ilk prensip ile hesaplanır ve analiz edilir ve WC'nin yüksek sertlikteki mikro mekanizması açıklığa kavuşturulur.

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).

Şekil 1. VC ve Cr3C2 eklenerek oluşturulan WC / CO faz sınırının arayüz yapısı ve evrim özellikleri

Şekil 2. Tungsten karbürde katkı maddelerinin, sıcaklık ve yüzey enerjisi anizotropisinin düşük enerjili tane sınırlarının oluşumu ve gelişimi üzerindeki etkisi

Şekil 3. Nanokristal tungsten karbürde WC tane rotasyonunun mikro plastik deformasyon üzerindeki etkisi

Şekil 4. Tekrar bağlanmamış fazlı yeni tip yüksek sertlikte WC blok malzemenin mikroyapısı ve mekanik özellikleri

Şekil 5. WC taban düzleminde ve silindir üzerindeki ana kayma düzleminde tipik dislokasyon reaksiyonları (dislokasyon ayrışması, sıkıştırma çubuğu çıkıklarının oluşumu vb. Dahil)

Şekil 6. Homojen olmayan suş yanıtının sıkıştırma sırasında tungsten karbürün kırık davranışı üzerindeki etkisi