【摘 要】
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硬质合金具备硬度高、耐磨、强韧性等一系列优良性能,因此被广泛应用于刀具材料。然而,传统硬质合金的性能已经不能满足当下的需求,经研究表明,稀土元素的添加能强化WC-Co类硬质合金的综合性能,所以有必要针对WC-Co类硬质合金开展研究。以前人的实验和研究成果为基础,通过使用第一性原理软件Materials Studio（MS）建立了关于WC-Co的结构模型,并对模型掺杂稀土元素Y。使用MS软件中的CA
【基金项目】
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吉林省产业关键核心技术攻关项目:高速切削镍基合金加工表面形成机理与工艺技术（20210201043GX）; 吉林省自然科学基金:高速切削镍基高温合金接触界面状态演化与刀具磨损机理（20200201064JC）; 吉林省长春市科技局项目:基于高温合金切削机理的高效、高质切削工艺开发与应用（21ZY40）
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硬质合金具备硬度高、耐磨、强韧性等一系列优良性能,因此被广泛应用于刀具材料。然而,传统硬质合金的性能已经不能满足当下的需求,经研究表明,稀土元素的添加能强化WC-Co类硬质合金的综合性能,所以有必要针对WC-Co类硬质合金开展研究。以前人的实验和研究成果为基础,通过使用第一性原理软件Materials Studio（MS）建立了关于WC-Co的结构模型,并对模型掺杂稀土元素Y。使用MS软件中的CASTEP模块对各个模型进行密度泛函理论计算,根据计算出的弹性常数和热力学相关参数,分析Y元素的掺杂对WC-Co弹性性质和热力学性质的影响。通过研究发现,掺杂稀土元素之后的钨钴合金的弹性性质明显提升。众所周知,晶粒尺寸大小是影响硬质合金综合性能的重要原因之一,所以关于硬质合金晶粒尺寸的研究尤为重要。通过CASTEP得出的界面结合相关能量计算出界面粘附功和界面能,从而分析掺杂稀土元素Y前后对界面性质的影响。通过晶粒尺寸和界面性质的关系并结合电子特性研究硬质合金晶粒细化机理。然后运用MATLAB下的元胞自动机模拟掺杂Y元素前后的硬质合金烧结过程中的晶粒生长过程以验证我们的计算分析结果。研究表明,掺杂稀土元素之后的钨钴合金晶粒尺寸明显减小。由于硬质合金最主要失效的原因是断裂和磨损,所以针对硬质合金抗断裂和磨损能力的研究必不可少。通过计算界面性质和弹性性质分析掺杂稀土元素前后的硬质合金刀具抗断裂和磨损性能,并使用烧结成功的硬质合金材料进行硬质合金磨损和断裂的相关实验对其加以验证,利用Y掺杂对硬质合金电子特性的影响研究刀具磨损和断裂机理。最后通过计算两种体系的比热容和德拜温度研究Y元素对硬质合金刀具熔点的影响。研究表明,掺杂稀土元素之后的钨钴合金抗断裂和磨损性能加强。通过研究,可以很大程度上判断硬质合金WC-Co掺杂少量的稀土元素是否可以有效地改善其综合性能。这为其他研究人员提供了重要的参考依据。
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