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第1期 黄道远等：热力交变作用下WC一12Co硬质合金变形机理 ,65. (a)),而烧结态硬质相中有少量呈平行分布的位错 方向发生马氏体转变以协调变形.由于WC中位错 存在（图4(b)),WC中位错的存在说明硬质的WC 密度较低，且仅有四个独立的滑移系统并且不能沿 相也可以通过位错的运动提供部分塑性变形，WC/着c轴方向扩展，黏结相所占的体积分数较低且马 WC和WCCo之间的界面清晰平直（图4(a)) 氏体相变提供的体积变化有限，在发生马氏体转变 在350~450℃、100~1000MPa热力复合交变 后，黏结相滑移系由12个减少到4个，其协调变形 后，黏结相中的层错密度增高，并沿不同的方向开始 能力下降⑧).因此，这种硬质相的位错滑移、黏结相 出现，以协调继续变形的需要，析出第2相的数目增 的马氏体相变机制不足以满足继续变形的需要，必 多并出现了明显长大（图4(c))WC相中位错发 须引入新的变形方式来实现， 生运动并出现明显的位错缠结（图4(d)) 当变形载荷继续增加时，硬质WC相内部将产 当合金在800℃、100~1000MPa下交变后， 生层错，并沿对称方向生长，这种对称生长的层错能 黏结相中堆跺层错密度急剧增高，并从不同方向 成为阻碍裂纹生长和扩展的壁垒，提供更多的位错 生长，形成毯状结构的B-Co(图4(e),并出现 堆积点和裂纹形核点，避免应力集中)；另外它能 大量第2相析出物的数目增多且有所长大·对该 作为一种中介变形模式，改变滑移的方向，使滑移变 区域进行选区衍射，对衍射斑点进行标定（图4得更易进行，提高合金的塑性变形性能。与此同时， (f)),图中比较明亮的为fcc基体斑，其晶带轴取 WCWC的界面发生滑动，将较软的黏结相Co挤 向为[013]，较暗斑点为hcp基体斑点上有芒 出，形成黏结相条带.由于WC相组成了复杂的骨 线，这是由于堆垛层错的小尺寸效应而产生，硬 架结构，单个晶粒的微小变形就将导致整个骨架的 质相中的位错密度增大并发生缠结形成位错胞 扭曲，这为WC-12Co合金的继续变形提供新的 (图4(g)),同时还观察到WC相中有呈对称生 途径 长的层错出现（图4(h)).部分WCWC晶界发 生滑动并分离，被黏结相填充（图4(）)，这与 3结论 SEM的观测结果一致. (1)WC-12Co合金热力交变后硬度随着实验 2.4WC-12Co硬质合金的变形机理分析 温度和加载载荷的升高而降低，热力复合交变后合 黏结相存在两种结构，在常温下，烧结态WC一 金硬度比恒温力交变条件下要低一些 12Co合金中的黏结相主要以fcc形态存在，中间夹 (2)随着交变温度、载荷的增加，WC晶粒发生 杂着少量的层错，由于室温下fec Cof的层错能较低， 圆化，WC晶粒骨架的完整程度下降 这些极薄的层错就成为马氏体的形核平面山.当 (3)WC-12Co热力交变下的变形机理是：低变 合金变形时，fcc结构中每两个平行(111)面中的肖 形温度和变形载荷下，合金塑性变形由硬质相WC 克莱不全位错产生滑动形成层错，堆垛层错合并后 位错运动和黏结相fcc~hcp转变所提供；随着变形 就形成hcp板条).它们之间的取向关系如下： 温度和变形载荷的升高，塑性变形则通过硬质相的 (111)fcc(0001)hcp[110]fccl[1120]hcp当 层错运动和WCWC的界面滑动形成黏结相条带来 合金承受热力循环的时候，热膨胀系数差异产生的 实现 热应力也将有助于Co中层错的扩展，促使fcCo~ 参考文献 hep Co转变.由于fec Co中不全位错滑移是在平行 滑移平面上进行的，因此在TEM下观测不到位错缠 [1]Miman Y V.Luyckx S Gonchanck V A.et al Results frm bend ng tests on suhm icron and m icmon WCCo grades at elevated 结现象 tmperatures Int J Refract Met Han Mater 2002 20.71 在较低的变形温度和变形载荷时，WC-12Co合 [2]K indemann P Schlund P SockelH G.et al High-tempemature 金的变形能力由黏结相的fcehep的马氏体相转变 fatigue of cemented catbdes under cyclic loads Int J Refract Met (Ve=11.1375×103m3,Vp=11.0790× Han Mater 1999 17:55 l0-3mm3,fcCo转变为hep Cof时单胞体积减少 [3]Sarin V K.Johanesson T.On the defomation ofW C Co cemented catbiles Met Sci 1975.9,472 0.53%)和WC相中的位错滑动所提供（棱柱面 [4]Huang X.Sun Y L Yan J et al The mechanism of defomation (1120{1100}滑移系开动，柏氏矢量反应为13 wn in WC phase of camented cabide Rare Met Mater Eng 200635(12):1888 (1120→13(1010+1B(01i0)].随着变 (黄新，孙亚丽，颜杰，等，硬质合金中WC相的孪生变形机制 形的继续，WC相中的位错运动加剧，黏结相沿不同 稀有金属材料与工程，200635(12)：1888)第 1期 黄道远等： 热力交变作用下 ＷＣ--12Ｃｏ硬质合金变形机理 （ａ））而烧结态硬质相中有少量呈平行分布的位错 存在 （图 4（ｂ））ＷＣ中位错的存在说明硬质的 ＷＣ 相也可以通过位错的运动提供部分塑性变形ＷＣ／ ＷＣ和 ＷＣ／Ｃｏ之间的界面清晰平直 （图 4（ａ））． 在 350～450℃、100～1000ＭＰａ热力复合交变 后黏结相中的层错密度增高并沿不同的方向开始 出现以协调继续变形的需要析出第 2相的数目增 多并出现了明显长大 （图 4（ｃ））．ＷＣ相中位错发 生运动并出现明显的位错缠结 （图 4（ｄ））． 当合金在 800℃、100～1000ＭＰａ下交变后 黏结相中堆跺层错密度急剧增高并从不同方向 生长形成毯状结构的 β--Ｃｏ（图 4（ｅ） ）并出现 大量第 2相析出物的数目增多且有所长大．对该 区域进行选区衍射对衍射斑点进行标定 （图 4 （ｆ） ）图中比较明亮的为 ｆｃｃ基体斑其晶带轴取 向为 ［013］较暗斑点为 ｈｃｐ．基体斑点上有芒 线这是由于堆垛层错的小尺寸效应而产生．硬 质相中的位错密度增大并发生缠结形成位错胞 （图 4（ｇ） ）同时还观察到 ＷＣ相中有呈对称生 长的层错出现 （图 4（ｈ） ）．部分 ＷＣ／ＷＣ晶界发 生滑动并分离被黏结相填充 （图 4（ｉ） ）．这与 ＳＥＭ的观测结果一致． 2∙4 ＷＣ--12Ｃｏ硬质合金的变形机理分析 黏结相存在两种结构在常温下烧结态 ＷＣ-- 12Ｃｏ合金中的黏结相主要以 ｆｃｃ形态存在中间夹 杂着少量的层错由于室温下 ｆｃｃＣｏ的层错能较低 这些极薄的层错就成为马氏体的形核平面 ［11］．当 合金变形时ｆｃｃ结构中每两个平行 （111）面中的肖 克莱不全位错产生滑动形成层错堆垛层错合并后 就形成 ｈｃｐ板条 ［12］．它们之间的取向关系如下： （111）ｆｃｃ‖ （0001）ｈｃｐ；［110］ｆｃｃ‖ ［112 — 0］ｈｃｐ．当 合金承受热力循环的时候热膨胀系数差异产生的 热应力也将有助于 Ｃｏ中层错的扩展促使 ｆｃｃＣｏ- ｈｃｐＣｏ转变．由于 ｆｃｃＣｏ中不全位错滑移是在平行 滑移平面上进行的因此在 ＴＥＭ下观测不到位错缠 结现象． 在较低的变形温度和变形载荷时ＷＣ--12Ｃｏ合 金的变形能力由黏结相的 ｆｃｃ-ｈｃｐ的马氏体相转变 （Ｖｆｃｃ ＝ 11∙1375× 10 —3ｎｍ 3Ｖｈｃｐ＝ 11∙0790× 10 —3ｎｍ 3ｆｃｃＣｏ转变为 ｈｃｐＣｏ时单胞体积减少 0∙53％ ）和 ＷＣ相中的位错滑动所提供 （棱柱面 〈112 — 0〉｛11 — 00｝滑移系开动柏氏矢量反应为 1／3 〈112 — 0〉→1／3〈101 — 0〉＋1／3〈011 — 0〉） ［13］．随着变 形的继续ＷＣ相中的位错运动加剧黏结相沿不同 方向发生马氏体转变以协调变形．由于 ＷＣ中位错 密度较低且仅有四个独立的滑移系统并且不能沿 着 ｃ轴方向扩展黏结相所占的体积分数较低且马 氏体相变提供的体积变化有限在发生马氏体转变 后黏结相滑移系由 12个减少到 4个其协调变形 能力下降 ［8］．因此这种硬质相的位错滑移、黏结相 的马氏体相变机制不足以满足继续变形的需要必 须引入新的变形方式来实现． 当变形载荷继续增加时硬质 ＷＣ相内部将产 生层错并沿对称方向生长这种对称生长的层错能 成为阻碍裂纹生长和扩展的壁垒提供更多的位错 堆积点和裂纹形核点避免应力集中 ［14］；另外它能 作为一种中介变形模式改变滑移的方向使滑移变 得更易进行提高合金的塑性变形性能．与此同时 ＷＣ／ＷＣ的界面发生滑动将较软的黏结相 Ｃｏ挤 出形成黏结相条带．由于 ＷＣ相组成了复杂的骨 架结构单个晶粒的微小变形就将导致整个骨架的 扭曲这为 ＷＣ--12Ｃｏ合金的继续变形提供新的 途径． 3 结论 （1） ＷＣ--12Ｃｏ合金热力交变后硬度随着实验 温度和加载载荷的升高而降低热力复合交变后合 金硬度比恒温力交变条件下要低一些． （2） 随着交变温度、载荷的增加ＷＣ晶粒发生 圆化ＷＣ晶粒骨架的完整程度下降． （3） ＷＣ--12Ｃｏ热力交变下的变形机理是：低变 形温度和变形载荷下合金塑性变形由硬质相 ＷＣ 位错运动和黏结相 ｆｃｃ--ｈｃｐ转变所提供；随着变形 温度和变形载荷的升高塑性变形则通过硬质相的 层错运动和 ＷＣ／ＷＣ的界面滑动形成黏结相条带来 实现． 参 考 文 献 ［1］ ＭｉｌｍａｎＹＶＬｕｙｃｋｘＳＧｏｎｃｈａｒｕｃｋＶＡｅｔａｌ．Ｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍ ｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｓｏｎｓｕｂｍｉｃｒｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｎＷＣ-Ｃｏｇｒａｄｅｓａｔｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．ＩｎｔＪＲｅｆｒａｃｔＭｅｔＨａｒｄＭａｔｅｒ200220：71 ［2］ ＫｉｎｄｅｒｍａｎｎＰＳｃｈｌｕｎｄＰＳｏｃｋｅｌＨＧｅｔａｌ．Ｈｉｇｈ-ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆａｔｉｇｕｅｏｆｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｓｕｎｄｅｒｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｓ．ＩｎｔＪＲｅｆｒａｃｔＭｅｔ ＨａｒｄＭａｔｅｒ199917：55 ［3］ ＳａｒｉｎＶＫＪｏｈａｎｅｓｓｏｎＴ．ＯｎｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＷＣ-Ｃｏｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅｓ．ＭｅｔＳｃｉ19759：472 ［4］ ＨｕａｎｇＸＳｕｎＹＬＹａｎＪｅｔａｌ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｗｉｎｉｎＷＣｐｈａｓｅｏｆｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅ．ＲａｒｅＭｅｔＭａｔｅｒＥｎｇ 200635（12）：1888 （黄新孙亚丽颜杰等．硬质合金中 ＷＣ相的孪生变形机制． 稀有金属材料与工程200635（12）：1888） ·65·