梯度硬质合金的共注射制备及共烧结致密化行为研究

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粉末共注射成形技术是由传统粉末冶金与现代塑料共注射成形技术相结合产生的新近净成形技术,可制备芯壳层具有不同性能的功能零部件。本文拟制备壳层高耐磨芯层高韧性的芯壳层硬质合金球齿,对壳层粗晶/芯层细晶硬质合金球齿的制备工艺、粗晶/细晶硬质合金的共烧结致密化行为、显微组织及粗晶/细晶的钴相迁移机理进行了研究。本文的研究方法和结果如下:本研究以碳化钨粒度分别为0.8μm(壳层,装载量为58%)和3μm(芯层,装载量为58%)的YG8硬质合金喂料进行共注射工艺研究,以芯壳层厚度均匀性为指标,研究最佳的共注射制备芯壳层硬质合金球齿的工艺。研究表明当芯层、壳层注射温度都为175℃,且壳层预填充量为30%时,芯壳层形貌、芯壳层厚度均匀性最好。对粒度为0.8μm和3μm的YG8硬质合金在不同温度和不同烧结时间下进行共烧结实验,研究共烧结合金的致密化行为,结果表明在界面应力和合金元素迁移扩散的共同影响下,共烧结合金的密度成梯度分布,且共烧结合金的密度高于自由烧结合金的密度。采用烧结粘性流动理论,推导界面应力作用下存在液相的共烧结材料的致密化方程,通过实验计算出相应的共烧结致密化模型参数数值。共烧结致密化模型模拟结果表明,在界面应力作用下,共烧结材料的密度梯度与实验条件下的密度梯度数据有一定差异。主要原因是在液相烧结时,粗晶/细晶硬质合金Co相发生了迁移。本文研究了不同温度、不同烧结时间的Co相的分布,研究表明当Co相平均自由程λ与WC晶粒尺寸d0.4成比例关系时,致密化方程模拟结果与实验结果符合良好,当与d的一次方成比例关系时,实验结果与致密化方程模拟数据有一定差异。图59幅,表13个,参考文献56篇
摘要第4-5页
ABSTRACT第5-6页
1 文献综述第9-21页
    1.1 凿岩用硬质合金简介第9-10页
    1.2 中国MIM的机遇与挑战第10-11页
    1.3 MIM新技术—金属共注射成形第11-15页
    1.4 共烧结机理和烧结应力分析第15-17页
    1.5 硬质合金共烧结钻相迁移机理研究第17-19页
    1.6 本文研究的出发点、研究意义及研究内容第19-21页
        1.6.1 研究的出发点和研究的意义第19-20页
        1.6.2 主要研究内容第20-21页
2 基本工艺与实验方法第21-26页
    2.1 原料性质第21页
    2.2 实验过程与工艺第21-23页
        2.2.1 注射成形第22页
        2.2.2 喂料的制备第22-23页
        2.2.3 实验设备第23页
    2.3 检测方法第23-24页
        2.3.1 晶粒尺寸的测量第23页
        2.3.2 抗弯强度的测试第23页
        2.3.3 C、O含量的测定第23页
        2.3.4 断口形貌观察第23页
        2.3.5 金相观察第23页
        2.3.6 热分析第23-24页
    2.4 粘度测试及模拟第24-26页
        2.4.1 粘度数据第24页
        2.4.2 粘度模型模拟第24-26页
3 芯壳层硬质合金球齿的制备与研究第26-40页
    引言第26页
    3.1 实验设计第26-29页
        3.1.1 球齿的功能及结构设计第26-27页
        3.1.2 注射实验设备第27-28页
        3.1.3 实验参数设定第28页
        3.1.4 结果表征第28-29页
    3.2 硬质合金注射成形粘结剂组成及组分热解分析第29-30页
    3.3 共注射球齿工艺的确定第30-35页
        3.3.1 芯层注射温度对芯壳层硬质合金球齿形貌的影响第30-32页
        3.3.2 壳层预填充量对芯壳层形貌的影响第32-34页
        3.3.3 注射成形硬质合金缺陷的出现的原因及解决方法第34-35页
    3.4 脱脂第35-39页
        3.4.1 溶剂脱脂第35-36页
        3.4.2 热脱脂第36-39页
        3.4.3 烧结工艺、制品性能第39页
    3.5 小结第39-40页
4 粗晶/细晶共烧结硬质合金合金致密化及显微组织研究第40-49页
    引言第40页
    4.1 致密化行为研究第40-43页
        4.1.1 热膨胀曲线的测定第40页
        4.1.2 共烧结合金致密化行为的研究第40-43页
    4.2 共烧结合金显微组织第43-45页
    4.3 共烧结合金界面线扫描和显微硬度分析第45-47页
    4.4 本章小结第47-49页
5 共烧结硬质合金合金致密化行为及梯度形成机理第49-68页
    引言第49页
    5.1 共烧结致密化机理分析第49页
    5.2 单组元液相烧结致密化模型第49-51页
    5.3 存在液相的共烧结致密化模型第51-54页
        5.3.1 共烧结界面应力分析第51-52页
        5.3.2 共烧结密度模型第52-54页
    5.4 共烧结模型参数测定实验第54-61页
        5.4.1 实验设计第54页
        5.4.2 方程中参数的测定第54-60页
        5.4.3 共烧结模拟及验证第60-61页
    5.5 共烧结硬质合金梯度分析第61-67页
    5.6 结论第67-68页
6 结论第68-69页
参考文献第69-73页
攻读硕士学位期间取得的主要成果第73-74页
致谢第74页
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