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深冷处理对硬质合金YT15和UHMWPE的影响

文章出处:www.jnslx.com 人气:发表时间:2016-04-13 11:00

深冷处理对硬质合金YT15和UHMWPE的影响
近年来,随着工业的发展,很多金属行业产品被需要进行深冷处理,这是因为进行深冷处理后,金属工件性能可得到显著提高。在这里我们先来看一下深冷处理对硬质合金的影响。
 
硬质合金YT15,具有较高的硬度和摩擦磨损性能,被广泛地应用在切削行业,但存在韧性差和摩擦磨损性能待进一步提高的问题。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有较好的摩擦磨损性能和耐冲击性等,广泛被用于各个行业,但存在表面硬度低、弯曲强度和抗磨粒磨损能力差等缺点。
本研究分别尝试对YT15和UHMWPE进行深冷处理,并从微观形貌结构、机械性能和摩擦磨损性能评价等研究深冷处理对YT15和UHMWPE的影响。硬质合金YT15(85WC-5Co-15TiC,wt%)随机分成三组:1)深冷处理;2)深冷后回火处理;3)未处理,作为对照组。
利用下述方法评价各处理工艺对YT15性能的影响:利用金相分析、背散射扫描电镜-X射线能量射散谱仪(BSEM-EDX)和X射线射物相分析(XRD)分析微观形貌、结构和残余应力;进行洛氏硬度、维氏硬度、抗弯强度和弯曲断裂能等机械性能测试;进行接触角和表面能测试;利用往复和环块摩擦式进行摩擦磨损性能测试,摩擦试验完成后,用轮廓仪对磨斑横截面进行扫描,称量摩擦副失重情况,利用SEM、SEM-EDX线分析和XRD对磨斑形貌和磨损机制进行观察和分析。结果显示,-相相对含量在深冷处理和深冷后回火处理后较未处理组增加;γ-相含量减少;η-相含量在深冷处理后增加,却在深冷后回火处理后下降;YT15各处理组皆为残余压应力,深冷处理后的残余应力较未处理明显降低,但深冷后回火处理后却又回到未处理水平。
YT15各处理组的洛氏硬度没有显著性差异,但与未处理相比较,深冷处理和深冷后回火处理明显降低了YT15维氏硬度,显著地提高其弯曲强度和弯曲断裂能,即韧性得到明显改善。深冷处理和深冷后回火处理对YT15表面能有降低作用。深冷处理和深冷后回火处理明显改善了YT15的摩擦磨损性能,其主要磨损机制为磨粒磨损伴随粘结相的移出和WC的松动裸露。UHMWPE随机分成三组:1)深冷处理;2)热处理后深冷处理;3)未处理,对照组。利用差示扫描量热法分析(DSC)和XRD方法进行结晶度测量;利用傅里叶红外光谱进行分子结构表征;进行维氏硬度、拉伸、压缩、抗弯强度和弯曲断裂能等机械性能测试;进行接触角和表面能测试;进行销盘式摩擦磨损性能测试,摩擦试验完成后,用轮廓仪对磨斑横截面进行扫描,利用SEM、SEM-EDX和XRD对磨斑形貌和磨损机制进行观察和分析。
结果显示,深冷处理和热处理后深冷处理对UHMWPE整体的结晶度影响较小,且DSC方法所得计算值大于XRD方法。各处理组UHMWPE的傅里叶红外表征图谱没有明显差异。深冷处理和热处理后深冷处理明显提高了UHMWPE的表面能。
深冷处理和热处理后深冷处理略降低UHMWPE的强度和试样表面维氏硬度,但明显提高其韧性和降低UHMWPE试样的内部维氏硬度。经深冷处理和热处理后深冷处理的UHMWPE的摩擦磨损性能明显提高,尤其是热处理后深冷处理组。各处理组主要磨损机制为磨粒磨损和塑性变形。

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