Devido à sua alta dureza e resistência ao desgaste, carboneto de tungstênio  is widely used as a variety of processing tool materials, known as “industrial teeth”. Among them, WC Co carboneto de tungstênio  é a maior produ??o e consumo de carboneto de tungstênio  materiais. Após décadas de desenvolvimento, na aplica??o de engenharia de carboneto de tungstênio , a dureza e a resistência ao desgaste podem basicamente atender aos requisitos de desempenho do servi?o, enquanto a resistência à fratura e a resistência ao impacto s?o o gargalo da expans?o da aplica??o de carboneto de tungstênio , especialmente o aplicativo high-end. Durante muito tempo, há uma falta de entendimento sistemático sobre o mecanismo de fortalecimento e endurecimento da carboneto de tungstênio , que é um tipo de material compósito de fase dupla de ceramica metálica e material composto multifásico com aditivos. A rela??o entre multicomponentes, estrutura, comportamento mecanico e desempenho abrangente desse tipo de sistema de material precisa de mais estudos.

1.problema científicoems

Atualmente, os problemas científicos comuns da pesquisa básica no campo da carboneto de tungstênio  do aplicativo de engenharia pode ser resumido da seguinte forma:

na prepara??o industrial de ultrafinos e nanocristalinos carboneto de tungstênio , o crescimento de gr?os deve ser controlado pela adi??o de inibidores de crescimento de gr?os. Contudo, os inibidores geralmente têm efeitos adversos sobre a dureza e for?a de carboneto de tungstênio . é necessário entender completamente os fatores de controle de estabilidade da microestrutura derivada de inibidores e os efeitos sobre a microestrutura e as propriedades mecanicas da carboneto de tungstênio .

Com a diminui??o do tamanho de gr?o da fase dura abaixo da escala submicr?nica, a interface interna gradualmente se torna o principal fator que afeta a tenacidade e resistência do carboneto de tungstênio . No entanto, os fatores que podem estabilizar os limites de WC / CO e WC / WC e o mecanismo de estabiliza??o n?o s?o bem compreendidos, e o mecanismo de forma??o e evolu??o da interface de baixa energia n?o é bem compreendido.

Através do estudo do comportamento mecanico e do micro mecanismo de carboneto de tungstênio  em temperatura ambiente e alta temperatura, o entendimento do mecanismo de fortalecimento e resistência no processo de servi?o pode ser aprofundado, de modo a orientar o design e a prepara??o de alto desempenho carboneto de tungstênio . Atualmente, n?o há um entendimento sistemático do mecanismo de micro deforma??o, da fonte de plasticidade e do comportamento mecanico de alta temperatura de carboneto de tungstênio .

2.Progresso da pesquisa

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 carboneto de tungstênio . Em 2013, a equipe de pesquisa preparou primeiramente nanocristalinos carboneto de tungstênio  bloqueie materiais com alta densidade e estrutura uniforme, com alta dureza e alta tenacidade, e proponha a teoria de endurecimento coerente da interface de duas fases nanocristalinas carboneto de tungstênio  (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 carboneto de tungstênio  materiais e encontrou vários tipos de estruturas de interface com 2-6 espessuras de camadas at?micas, fatores de influência, abordagens de estabiliza??o e micro mecanismos. Com base na otimiza??o de aditivos e no ajuste fino da composi??o, é realizado o controle preciso da estabilidade da estrutura da interface. é proposto o mecanismo de fratura anti-intergranular de materiais correspondentes à interface de fase com vários elementos, como V, Cr, Ti, Ta e Nb. Além disso, a influência da estabilidade da estrutura da interface e da anisotropia da energia superficial na forma??o e evolu??o de ∑ 2 e ∑ 13A em limites de baixa energia foi obtida através da otimiza??o dos inibidores do crescimento de gr?os e do controle da temperatura de Densifica??o por Sinteriza??o. Assim, o problema de prepara??o controlável de aumentar a raz?o entre o limite de fase coerente WC / CO e a distribui??o de limite de gr?o de baixa energia WC / WC em carboneto de tungstênio  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 carboneto de tungstênio s” and “l(fā)ow energy grain boundaries in WC Co carboneto de tungstênio s”. Guided by the basic research, the research group and the enterprise cooperated to prepare the ultra-high strength and high toughness carboneto de tungstênio  barras com resistência à fratura transversal média superior a 5200mpa e resistência à fratura superior a 13,0mpa · M1 / 2. O valor da resistência à fratura é o maior índice de desempenho da resistência à fratura entre os similares carboneto de tungstênio  relatado no mundo.

Além disso, o grupo de pesquisa fez muitas pesquisas sobre a rela??o entre a microestrutura, o comportamento mecanico e as propriedades abrangentes do carboneto de tungstênio. No aspecto do experimento, a evolu??o da microestrutura do carboneto de tungstênio sob carga externa, especialmente a lei de deslocamento e deslocamento de falhas de empilhamento, foi realizada através de experimento mecanico in situ.

Com a ajuda da caracteriza??o da estrutura fina e da análise cristalográfica, foi proposto o mecanismo de intera??o dos defeitos de cristal da fase dura e da fase dúctil em carboneto de tungstênio de alta resistência e tenacidade, e o mecanismo de seu efeito no atraso da nuclea??o e na resistência ao crescimento de trincas foi revelado. Especialmente, tendo em vista o comportamento de deforma??o do carboneto de tungstênio, prop?e-se que o sistema principal de escorregamento da fase WC possa produzir deslocamento da barra de compress?o à temperatura ambiente, enquanto a ativa??o do novo sistema de escorregamento a alta temperatura pode fornecer contribui??o plástica, o que quantitativamente revela a rela??o entre a deforma??o plástica do carboneto de tungstênio e o movimento do sistema de deslizamento e deslocamento, bem como a regra de mudan?a com a temperatura. No aspecto do cálculo da simula??o, o comportamento mecanico do carboneto de tungstênio bicristal e policristalino à temperatura ambiente e à alta temperatura foi estudado pelo método da dinamica molecular, e o micro mecanismo da influência dos limites de gr?o, limite de fase, defeito intragranular e tamanho de gr?o na superfície. a deforma??o e o comportamento de fratura do carboneto de tungstênio foram esclarecidos na escala at?mica. Na balan?a eletr?nica, a densidade eletr?nica do estado e a forma de liga??o da CC s?o calculadas e analisadas pelo primeiro princípio, e o micro mecanismo de alta dureza da CC é esclarecido.

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).

Figura 1. Estrutura da interface e características de evolu??o do limite de fase WC / CO formado pela adi??o de VC e Cr3C2

Figura 2. Efeito de aditivos, temperatura e anisotropia da energia superficial na forma??o e evolu??o de limites de gr?o de baixa energia no carboneto de tungstênio

Figura 3. Efeito da rota??o de gr?os de WC na micro deforma??o plástica em carboneto de tungstênio nanocristalino

Figura 4. Microestrutura e propriedades mecanicas de um novo tipo de material de bloco WC de alta dureza com fase n?o ligada

Figura 5. Rea??es típicas de deslocamento (incluindo decomposi??o de deslocamento, forma??o de deslocamentos da barra de compress?o, etc.) no plano base da sanita e no plano principal de deslizamento no cilindro

Figura 6. Efeito da resposta de tens?o n?o homogênea no comportamento à fratura do carboneto de tungstênio durante a compress?o