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基于科研实践的“聚晶金刚石/硬质合金复合片的(2)
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摘要:图1是采用不同微喷砂处理后硬质合金基体表面残余应力状态云图。对比图1(a)和(b),可见本实验条件下SiC与Al2O3两种喷砂介质的变化对残余应力的大小和分布
图1是采用不同微喷砂处理后硬质合金基体表面残余应力状态云图。对比图1(a)和(b),可见本实验条件下SiC与Al2O3两种喷砂介质的变化对残余应力的大小和分布影响不大。
图1 不同微喷砂工艺的残余应力分布云图
图1(c)表明喷砂角度由90°变为45°时残余压应力的深度和大小都减小。这是因为在喷砂角度减少后会有切应力产生,正应力减少;由于喷砂的方向不断改变,切应力抵消。图1(d)表明喷砂速度增大均会增加喷砂颗粒的动能,从而产生的更大的残余压应力越大,而且压应力分布的深度越深。 微喷砂后面残余压应力的形成促使断裂源迁移到距离表面更深的受载荷较小的区域, 随着硬质合金表面层残余压应力层分布深度的增加,裂纹的萌生和扩展得到抑制,从而其强度和寿命逐渐提高;而表面残余拉应力的形成则促进裂纹的萌生和扩展, 是产生裂纹的必要条件,使强度和寿命降低[13-14]。从残余应力模拟分析结果看,采用SiC 介质以速度10 m/s喷砂可获得较理想的残余应力状态。
2.3 聚晶金刚石/硬质合金微观组织表征
图2是聚晶金刚石/硬质合金界面的微观组织与成分分布图。图2(a)中多边形晶粒为硬质合金中的WC相,图2(b)为金刚石表面形貌。图2(c)的截面微观形貌中,虚线以上的为聚晶金刚石层,其晶粒细小且较为致密;聚晶金刚石/硬质合金界面结合良好,界面较平整,无微裂纹。图2(d)为界面成分分布EDS图,虚线以右为硬质合金基体,以W、Co元素为主;虚线以左存在一个过渡区,其中含有明显的Co元素;过渡区以左为聚晶金刚石层,具有高C元素的特点。过渡区的形成是由于高温高压条件下合成聚晶金刚石时,基体中的Co向界面扩散导致的。Co扩散会导致非金刚石碳(Co催化石墨化)的形成,对聚晶金刚石性能和界面结合产生影响,是PDC制备中需要控制的因素[5]。
3 结语
本实验采用高温高压合成聚晶金刚石/硬质合金复合片,研究了基体表面微喷砂处理对残余应力状态的影响及界面三维结构设计对抗冲击能力的影响,并对PDC的微观组织和界面成分分布进行了表征。本综合实验是将科研成果进行实验教学项目的转化,知识点和内容丰富,可以培养学生的创新思维和科研热情,为以后独立从事科研工作打下良好的基础[15]。实验中需要使用球磨机、压机、烧结炉、喷砂机等设备,并进行有限元模拟分析、3D结构设计和SEM微观组织结构分析等实验内容,可以培养学生的实践能力和综合运用知识解决科学和工程问题的能力。
图2 聚晶金刚石/硬质合金微观组织形貌
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文章来源:《硬质合金》 网址: http://www.yzhjzzs.cn/qikandaodu/2020/1118/378.html