超粗WC-Co硬质合金的WC晶粒尺寸一般大于5μm，具有良好的硬度和断裂韧性，因此被广泛应用于煤矿开采、凿岩和隧道施工。由于恶劣的工作条件，超粗晶硬质合金必须要承受碰撞带来的循环载荷、强烈的机械疲劳和温度突变引起的热疲劳作用，该类材料的使用寿命无疑面对着巨大的挑战。对于超粗晶WC-Co硬质合金，为了延长其使用寿命，特别是在高温环境下，需要进一步提高断裂强度。超粗晶硬质合金在较高温度下压缩时，WC晶粒中储存的能量会高于Co相，WC相对于硬质合金的塑性变形贡献要大于Co相，因此强化WC晶粒是提高超粗WC-Co硬质合金室温和高温力学性能的有效途径。TaC的加入可使WC骨架形成较硬的(W,Ta)C相，而由于(W,Ta)C相与Co的润湿性较差，使得晶界在高温下更容易滑移。

近日，北京工业大学等单位的研究人员发现Ta对硬质合金力学性能的贡献主要取决于TaC或Ta的存在形式和位置。为此，设计实验分析超粗晶硬质合金的晶粒形貌、应力分布和位错形态，研究了TaC对超粗晶硬质合金高温压缩行为的影响。建立了抗压强度、WC连续度和位错形态与温度和TaC加入量的关系。在一系列实验表征和应力计算的基础上，提出了Ta溶入WC强化超粗晶硬质合金的机理，相关论文以题为“High-temperature mechanical behavior of ultra-coarse cemented carbide with grain strengthening”发表在Journal of Materials Science & Technology。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.06.067

研究发现添加TaC的超粗硬质合金中WC晶粒在WC/Co相界的连续性较低，并具有圆弧边缘的特征形貌。在相同的超粗晶粒尺寸水平下，与未添加TaC的硬质合金相比，添加TaC的硬质合金在高温下的抗压强度明显提高。

图1 WC-8Co ( a )和WC-8Co-0.8TaC (b )试样800℃压缩后的显微组织的应力分布，以及WC骨架代表性位置的应力分布比较( c )

图2 不同温度下压缩试样中WC晶粒平均位错密度和( 0001 ) WC晶面位错密度

图3 WC-8Co ( a , b )和WC-8Co-0.8TaC ( c , d )试样经800℃压缩后沿[-12-10]和[0001]方向观察的位错

由于TaC对晶粒形状和接邻性的影响，WC骨架(尤其是三叉晶界、晶界和转角处)的应力集中有所降低。在所有温度下，添加TaC的硬质合金中WC位错密度始终高于未添加TaC的硬质合金，并且0.8TaC试样具有多方向位错网络，具有大量的波形和短位错线，成“波浪滑移”。