● 摘要
船舶材料结构一般规格较厚大，加工难度系数高，刀具极易磨损，研究具有高硬度、高强度的双高硬质合金刀具对船舶的高效加工是极具意义的。亚微细超细硬质合金的问世实现了硬质合金的“双高”性能。由于亚微细超细硬质合金表面活性高，极易团聚长大，常规方法烧结的硬质合金经常出现钴分布不均、孔隙、粗大WC等缺陷，热等静压（hot isostatic pressing，HIP）工艺，可以在较低温度下实现亚微细超细硬质合金的致密化，得到质量优异的制品。本文对牌号为YG8的亚微细超细硬质合金的热等静压过程进行了模拟，并利用两种成形工艺——粉末直接热等静压和真空烧结件的热等静压强化进行了试验，通过分析试样的密度、硬度、抗弯强度和微观金相，对比研究了粉末直接热等静压的致密化机理和烧结件的热等静压强化机制，得到了如下的相关结论：
通过研究YG8材料参数随温度和致密度的变化特点，建立了有限元分析模型，实现数值模拟。通过对不同时刻粉末材料的相对致密度、等效应力和形变等方面的研究，验证了粉末材料热等静压的致密化原理为颗粒重排、塑性变形和扩散蠕变。通过包套不同位置的节点的应力演变，得到了包套变形过程中的特点，边角处的内应力过大，为包套的设计和优化提供了参考。
以亚微细粉末为原料进行了热等静压工艺试验，通过变形分析，对比了模拟结果和真实试验测试数据，可知模拟结果非常接近。试验件的最终结果发现抗弯强度值很低，密度值偏小，硬度值偏高。这是由于在烧结过程中产生了分层和裂纹，导致密度偏小，抗弯强度很低。产生裂纹和分层的原因是钴的挥发，在热等静压前处理过程中，对包套进行了抽真空处理，导致钴的挥发和损失。
对真空烧结的亚微细超细硬质合金进行了热等静压后处理试验发现与原始值相比，HIP后的密度、硬度稍有提高，但是抗弯强度整体比未进行HIP处理的试样低。通过分析其原因得到了热等静压的强化机理：在合理的工艺制度下，硬质合金能够产生足够的液相，WC颗粒充分浸润在液相钴之中，液体传递力的效果要比互相之间有摩擦的颗粒好，这时液相使WC颗粒分散开来，降低了其合并长大的机会，并且使钴的分布更加均匀，降低孔隙度，使合金组织结构更均匀，还能避免产生粗大WC颗粒。