近日，中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院李曉峰等人利用選區(qū)激光熔化(SLM)制備了WC-12Co硬質(zhì)合金。研究了激光參數(shù)對(duì)WC-12Co硬質(zhì)合金顯微組織、力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響。相關(guān)研究成果以“Study on the microstructure and properties of WC-12Co cemented carbide fabricated by selective laser melting”為題，發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域期刊《Journal of Materials Research and Technology-JMR&T》（中科院1區(qū)Top期刊）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.08.082
WC-Co硬質(zhì)合金由堅(jiān)硬的難熔金屬WC和金屬粘結(jié)Co制成，與其他大多數(shù)金屬材料相比，由于其高硬度、高耐磨性和耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于切削刀具、鉆井工具、測(cè)量和耐磨零件。WC-Co硬質(zhì)合金通常是由傳統(tǒng)粉末冶金方法制備。隨著產(chǎn)品復(fù)雜性的不斷增加，上述成型方法已不能滿足工業(yè)要求。選區(qū)激光熔化(SLM)工藝不僅可以高效制備任何復(fù)雜形狀的硬質(zhì)合金，而且可以節(jié)省模具加工和后處理的時(shí)間和成本。
在SLM過(guò)程中，快速熔化和凝固帶來(lái)了比粉末冶金更大的溫度梯度。因此WC-Co硬質(zhì)合金在成形過(guò)程中會(huì)容易產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，在樣品中形成裂紋、孔洞等缺陷。此外，由于WC與粘結(jié)相Co熔點(diǎn)差異較大，在相對(duì)較高的激光能量輸入下，Co相會(huì)蒸發(fā)，從而破壞材料韌性。然而，在較低的激光能量輸入下，WC相不能完全熔化。近年來(lái)的研究主要集中在SLM制備WC-Co硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度方面。橫向斷裂強(qiáng)度(TRS)很少被研究，因此這項(xiàng)研究主要采用不同SLM掃描速度制備WC-Co硬質(zhì)合金。研究了掃描速度對(duì)WC顯微組織和性能(密度、硬度、TRS、耐磨性)的影響。
研究結(jié)果表明在SLM過(guò)程中，微觀組織中形成η相，WC-12Co在制備過(guò)程中發(fā)生碳損失。WC平均晶粒尺寸隨掃描速度的提高而增大，在1.5-2.5μm范圍內(nèi)波動(dòng)。WC平均晶粒尺寸較小與SLM溫度分布不均勻?qū)е碌腤C晶粒層狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。同時(shí)激光掃描速度嚴(yán)重影響SLM制備硬質(zhì)合金微觀組織特征，所有SLM制備的WC-12Co硬質(zhì)合金中存在粗（粗晶區(qū)域用CGR表示）和細(xì)WC晶粒（細(xì)晶區(qū)域由FGR表示）交替層的層狀結(jié)構(gòu)。由于SLM打印過(guò)程中熔池中心溫度不均勻（熱梯度的存在）導(dǎo)致同一個(gè)樣品中WC平均晶粒尺寸差異很大，*大的WC晶粒尺寸可以達(dá)到16.65μm，而*小WC晶粒尺寸僅有0.5μm，并且Co元素在熔化過(guò)程發(fā)生了蒸發(fā)現(xiàn)象。*后分析了硬度、斷裂強(qiáng)度與掃描速度的關(guān)系。當(dāng)掃描速度為400mm/s時(shí)，樣品的綜合性能*佳，硬度為81HRA, 斷裂強(qiáng)度為650MPa。對(duì)工藝優(yōu)化后的材料進(jìn)行了高溫摩擦磨損性能測(cè)試，在室溫下摩擦系數(shù)約為0.2，在200-600℃下的摩擦系數(shù)為0.5-0.7。
該項(xiàng)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(52071299、51804280)、山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目-國(guó)際合作項(xiàng)目(201903D421075)、山西省重大科技計(jì)劃項(xiàng)目(20181101009、20201102009)資助。
論文引用：Yuxia Zhao, Hang Wang, Li Zhang, Xiaofeng Li, Ziao Guo,Jinfang Zhang, Denghao Yi, Bin Liu, Peikang Bai, Study on the microstructure and properties of WC-12Co cemented carbide fabricated by selective laser melting, Journal of materials research and technology, 2022;20:3512-3521.
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