一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法技术

本发明专利技术提供了一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法，涉及金属材料缺陷修复技术领域，其以硬质合金零件中微观缺陷的分布深度和分布方向选择不同的脉冲电流通入方式和通入方向以及设置不同的脉冲电流参数，以脉冲电流通过的最小横截面处表面的温度控制脉冲电流的有效作用时间，通过增大硬质合金内部的原子扩散通量，增加再结晶势能，促进位错、层错等微观缺陷的运动、湮灭，小角度晶界的长大，加速了硬质合金零件基体组织晶格的重新排列，从而仅需数秒便能完成硬质合金微观组织缺陷的消减，效率高，能最大程度地延长硬质合金零件的服役寿命，对非缺陷处的材料性能影响最小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法
本专利技术涉及金属材料缺陷修复
，特别是涉及一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法。
技术介绍
硬质合金材料最主要的用途是制作模具、轧辊、机加工刀具、钻探器械等对硬度和耐磨性要求极高的加工开采类零件，常在大载荷、高速摩擦、循环冲击、冷热交替的工况下服役。因此，在硬质合金零件服役过程中，其基体组织中极易产生位错、层错、晶界等晶格缺陷的堆积、扩散，进而导致零件表面产生网状的疲劳裂纹，诱发硬质合金零件整体的开裂与碎断。位错、层错及晶界等微观组织缺陷是硬质合金零件疲劳裂纹的源头，若能有效的消减组织中的晶格缺陷，将能从根源抑制疲劳裂纹的产生，进而大幅延长硬质合金零件的服役寿命。现有技术中处理硬质合金零件表面产生疲劳裂纹的方法有修磨法、高温高压法等。修磨法是通过机械修磨去除硬质合金零件浅表层的疲劳裂纹，该方法固然能一定程度地延缓硬质合金零件的失效，但零件内层基体组织中的晶格缺陷又会迅速地发展成疲劳裂纹；高温高压法是对有裂纹的硬质合金材料进行高温高压处理，虽然能够让裂纹愈合，但材料同时会因为高温高压的条件使原有组织结构和性能发生不可控的改变。现有技术中均是在产生明显裂纹后才进行修复，对产生裂纹的源头——微观组织缺陷没有消减，导致修复的效果有限，所以需要一种能够消减微观组织缺陷的方法，且该方法对原有材料的性能影响要小。
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法，解决了现有技术中没有从根本上消减金属材料产生疲劳裂纹的方法的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：提供了一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法，其包括：S1，获取硬质合金零件样品，通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜观察样品得到样品中微观缺陷的分布深度和分布方向；S2，根据微观缺陷的分布深度确定样品为表层缺陷零件或整体缺陷零件，根据微观缺陷的分布是否具有方向性确定脉冲电流的通入方向；S3，计算得到脉冲电流通过的最小横截面积；S4，从多个方向在样品上设置电阻测量点，测量样品的电阻值，并标记测量位置；S5，确定脉冲电流的参数确定脉冲电流的峰值强度，并使最小横截面积上的脉冲电流密度处于30A/mm2～110A/mm2之间；确定脉冲电流的频率：当样品为整体缺陷零件，则脉冲电流的频率为50Hz；当样品为表层缺陷零件，则脉冲电流的频率其中f、π、t、μ、γ分别为脉冲电流频率、圆周率、需处理的厚度、磁导率、电导率；确定脉冲电流的脉宽和脉冲个数，并使脉冲电流作用后的最小截面处的表面温度小于450℃；S6，根据脉冲电流通入方向，将脉冲电流发生设备的输出电极与样品固定，并按照步骤S5中确定的脉冲电流参数向样品中通入脉冲电流直至设定的所有脉冲电流释放完毕。本专利技术的有益效果为：作用在硬质合金微观组织缺陷上的脉冲电流能够产生热效应和非热效应，热效应为焦耳热，通过热量激活原子运动，诱发空位、位错等晶格缺陷迁移或抵消，释放形变储能，同时为Co相的回复、再结晶过程提供热力学条件；非热效应则主要包括：①增加空位、原子扩散通量，提高组织缺陷的运动能力；②电子风力为位错提供附加推力，促进其脱钉、越障、进入亚晶界，加速位错消除的同时加速亚晶界角度增大；③提高合金组织的自由能，增加合金组织缺陷修复前后的势能差，降低回复、再结晶的温度阈值，加速回复、再结晶进程。本方案中的方法根据硬质合金中微观组织缺陷的分布深度和分布方向来选择脉冲电流的通入方式、通入方向以及设置脉冲电流的参数，使脉冲电流对微观组织缺陷作用的靶向性更高、更精准，以脉冲电流通过的最小横截面积处的表面的温度作为控制作用时间的参考，能够很大程度减小脉冲电流产生的热效应对缺陷外材料的作用，使缺陷外的材料仍然能够保持其原有特性，降低了缺陷消减的副作用。在最小横截面积上的脉冲电流密度处于30A/mm2～110A/mm2之间来设置脉冲电流的峰值强度，以样品是整体缺陷零件还是表层缺陷零件分别以不同的方式设置脉冲电流的频率，将高密度能量瞬时输入硬质合金零件中，通过增大硬质合金内部的原子扩散通量，增加再结晶势能，促进位错、层错等微观缺陷的运动、湮灭，小角度晶界的长大，加速了硬质合金零件基体组织晶格的重新排列，从而仅需数秒便能完成硬质合金微观组织缺陷的消减，效率远高于传统工艺，能更大程度的延长硬质合金零件的服役寿命。采用本方案中的方法对硬质合金零件进行处理过程中，仅需通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜获得缺陷的分布深度和分布方向，无需对缺陷的细节、类型和具体大小进行数据采集，大大降低了操作难度；脉冲电流发生设备对硬质合金零件处理的环境无特殊要求，仅需小于10V的电压，对设备硬件要求低，并具有绿色低耗、安全可靠的优点。附图说明图1为实施例1中未经脉冲电流处理的WC-15Co硬质合金中Co相内的微观组织缺陷状态图。图2为实施例1中未经脉冲电流处理的WC-15Co硬质合金中WC相内的微观组织缺陷状态图。图3为实施例1中经脉冲电流处理后的WC-15Co硬质合金中Co相内的微观组织缺陷状态图。图4为实施例1中经脉冲电流处理后的WC-15Co硬质合金中WC相内的微观组织缺陷状态图。图5为实施例2中样品的结构图。图6为基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法的流程图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。该基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法，其包括：S1，从同批次或相同服役状态的硬质合金零件上取样得到样品，通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜观察样品得到样品中微观缺陷的分布深度和分布方向，其中的微观缺陷主要包括位错、层错等晶格缺陷和在服役过程中形成的细碎晶粒等变形缺陷。S2，根据微观缺陷的分布深度确定样品属于表层缺陷零件还是整体缺陷零件，根据微观缺陷的分布是否具有方向性确定脉冲电流的通入方向。当微观缺陷的分布不具有方向性时，则根据样品的轮廓形状以脉冲电流在样品内分布尽可能多的方向通入脉冲电流。例如，组织内部存在大量位错线沿相同方向分布，选择从垂直位错线的方向通入脉冲电流。当微观缺陷的分布不具有方向性时，则脉冲电流的通入方向平行于样品的轴向。例如，针对外轮廓为狭长型的零件(如钎杆、镗刀、冲头、套筒等)，选择沿长向通入脉冲电流；针对盘型零件(如辊环、法兰盘、垫盘等)，选择沿垂直于盘面的方向通入电流；针对尺寸较小的零件(如车刀等)，处理方向对处理效果影响较小，选择相互平行的两面或便于连接电极的方向通入电流。脉冲电流通入方向的选择并不局限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法，其特征在于，包括：/nS1，获取硬质合金零件样品，通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜观察样品得到样品中微观缺陷的分布深度和分布方向；/nS2，根据微观缺陷的分布深度确定样品为表层缺陷零件或整体缺陷零件，根据微观缺陷的分布是否具有方向性确定脉冲电流的通入方向；/nS3，计算得到脉冲电流通过的最小横截面积；/nS4，从多个方向在样品上设置电阻测量点，测量样品的电阻值，并标记测量位置；/nS5，确定脉冲电流的参数/n确定脉冲电流的峰值强度，并使最小横截面积上的脉冲电流密度处于30A/mm

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法，其特征在于，包括：
S1，获取硬质合金零件样品，通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜观察样品得到样品中微观缺陷的分布深度和分布方向；
S2，根据微观缺陷的分布深度确定样品为表层缺陷零件或整体缺陷零件，根据微观缺陷的分布是否具有方向性确定脉冲电流的通入方向；
S3，计算得到脉冲电流通过的最小横截面积；
S4，从多个方向在样品上设置电阻测量点，测量样品的电阻值，并标记测量位置；
S5，确定脉冲电流的参数
确定脉冲电流的峰值强度，并使最小横截面积上的脉冲电流密度处于30A/mm2～110A/mm2之间；
确定脉冲电流的频率：
当样品为整体缺陷零件，则脉冲电流的频率为50Hz；当样品为表层缺陷零件，则脉冲电流的频率其中f、π、t、μ、γ分别为脉冲电流频率、圆周率、需处理的厚度、磁导率、电导率；
确定脉冲电流的脉宽和脉冲个数，并使脉冲电流作用后的最小截面处的表面温度小于450℃；
S6，根据脉冲电流通入方向，将脉冲电流发生设备的输出电极与样品固定，并按照步骤S5中确定的脉冲电流参数向样品中通入脉冲电流直至设定的所有脉冲电流释放完毕。


2.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的硬质合金微观组织缺陷消减方法，其特征在于，根据微观缺陷的分布是否具有方向性确定脉冲电流的通入方向的方法为：
当微观缺陷的分布具有方向性时，则脉冲电流的...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖承志，杨屹，杨刚，吴俊杰，吴明霞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51