預(yù)熱處理如何降低硬質(zhì)合金刀具的殘余應(yīng)力？

來源：發(fā)布時間：2024-10-24

1. **溫度均勻化作用**

- **原理**：在預(yù)熱過程中，熱量從刀具坯體的表面逐漸向內(nèi)部傳遞。由于預(yù)熱溫度相對較低且升溫速度較慢，使得坯體內(nèi)部的溫度能夠更均勻地升高。例如，對于一個直徑為10mm的硬質(zhì)合金刀具坯體，在常規(guī)燒結(jié)過程中，如果沒有預(yù)熱，表面溫度可能會在短時間內(nèi)快速升高，而內(nèi)部溫度變化滯后，這種溫度差異會導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生。而通過在400 - 600℃進行預(yù)熱處理，經(jīng)過30 - 60分鐘，熱量可以更均勻地分布在坯體內(nèi)部，減少因溫度梯度引起的熱應(yīng)力。

- **具體過程**：當溫度均勻升高時，材料各部分的膨脹程度相對一致。以WC - Co硬質(zhì)合金為例，WC和Co的膨脹系數(shù)不同，但在均勻的溫度變化下，它們之間因膨脹差異產(chǎn)生的應(yīng)力會大大減小。這種溫度均勻化的預(yù)熱過程就像是對坯體進行了一次“溫和”的預(yù)處理，使得后續(xù)燒結(jié)過程中因溫度變化引起的殘余應(yīng)力從一開始就得到了有效控制。

2. **成分擴散與應(yīng)力松弛**

- **原理**：硬質(zhì)合金刀具由多種成分組成，在預(yù)熱階段，這些成分會發(fā)生一定程度的擴散。例如，在WC - Co - TiC硬質(zhì)合金中，Co粘結(jié)相在預(yù)熱溫度下開始在WC和TiC顆粒之間擴散。這種擴散過程可以調(diào)整材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，使原本可能因為成分不均勻而產(chǎn)生的局部應(yīng)力得到松弛。

- **具體過程**：隨著成分的擴散，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)會進行自我調(diào)整。對于含有殘余應(yīng)力的區(qū)域，成分的擴散可以填補一些微小的孔隙或者改變原子間的排列方式，從而釋放應(yīng)力。比如，在一些含有位錯等晶體缺陷的區(qū)域，擴散的原子可能會使位錯移動或者消失，進而降低殘余應(yīng)力。這種通過成分擴散來松弛應(yīng)力的過程在預(yù)熱階段持續(xù)進行，為后續(xù)的燒結(jié)過程創(chuàng)造了一個應(yīng)力相對較低的初始狀態(tài)。

3. **相變預(yù)調(diào)整（如果存在相變情況）**

- **原理**：某些硬質(zhì)合金刀具在燒結(jié)過程中可能會發(fā)生相變。預(yù)熱處理可以對可能發(fā)生的相變進行預(yù)調(diào)整。例如，在一些含有奧氏體相的硬質(zhì)合金材料中，在預(yù)熱階段較低的溫度下，奧氏體可以進行初步的穩(wěn)定化或者向其他相進行小部分轉(zhuǎn)變。

- **具體過程**：這種預(yù)調(diào)整可以使材料在后續(xù)的燒結(jié)過程中更平穩(wěn)地應(yīng)對溫度變化和相轉(zhuǎn)變。如果沒有預(yù)熱處理，在燒結(jié)過程中突然發(fā)生的相變可能會伴隨著體積變化，從而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。而通過預(yù)熱階段的預(yù)調(diào)整，相變過程可以在更可控的范圍內(nèi)進行，減少因相變引起的體積變化和殘余應(yīng)力。例如，通過在適當?shù)念A(yù)熱溫度下，使奧氏體相部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相，并且在這個過程中釋放部分因相變產(chǎn)生的應(yīng)力，使得后續(xù)燒結(jié)過程中整體的殘余應(yīng)力降低。