中颗粒钨粉高温碳化制取粗晶碳化钨粉的研制

本文叙述采用中颗粒钨粉高温碳化制取粗晶WC粉的过程,探讨碳化和球磨破碎工艺对WC的性能影响,并对用中颗粒钨粉高温碳化制取的粗晶WC粉与传统工艺制取的粗晶WC粉生产的合金性能进行比较。     

两步碳化制备纳米WC粉末及其合金性能

研究了两步碳化工艺对氢还原/碳化制备的纳米WC粉末及其WC-Co合金性能的影响。结果表明,WC粉末的晶粒聚集和异常粗大颗粒主要是由于碳化初期钨颗粒因烧结合并增粗,而钨粉碳化不完全主要是由于碳化后期的温度偏低,利用先低温碳化后高温碳化的两步碳化工艺不仅能够有效抑制纳米颗粒烧结合并增粗,而且可以使钨粉充分碳化,得到颗粒细小、均匀,W2C含量极少的WC粉末;采用1120℃碳化加1180℃碳化的两步碳化工艺制备出的138 nm的WC粉末,W2C含量少于0.5%(质量分数),以其为原料制备的WC-Co烧结体显微组织结构均匀,为超细晶硬质合金,综合性能优良,洛氏硬度HRA高达93.7,抗弯强度高达4380 MPa。     

原料形貌特性和高温梯度碳化工艺对纳米WC粉末及其WC-Co合金均匀性的影响

采用不同氧化钨原料,通过氢还原、高温碳化工艺制备纳米W、WC粉末,研究了氧化钨形貌特性对纳米W、WC粉体形貌、均匀性的影响.择优选取了高比表面特制蓝钨(SBTO),并结合新型高温梯度碳化工艺制备了纳米碳化钨粉末,研究了新型高温梯度碳化工艺对纳米WC粉体特性及超细晶WC-Co硬质合金性能的影响.通过比表面测定仪、费氏粒度...     

碳化温度对超细WC粉末性能与合金性能的影响

本文探讨了碳化温度对超细WC形貌、粒度、亚晶尺寸等粉末性能的影响和不同碳化温度制备的超细WC粉末对合金强度、硬度、微观结构等合金性能的影响。粉末样品的制备采用钨粉与炭黑的混合物为试验原料,在中频电炉中,分别于1 450、1 480、1 520℃碳化,利用Fsss粒度仪、SEM电镜、马尔文激光粒度分布仪、X射线衍射仪等仪器对粉末样品进行分析检测;制备的粉末样品加入细钴粉按照6%配成合金,采用1 410℃与1 450℃两个烧结温度制备成合金试验样品,测维氏硬度,抗弯强度,用金相显微镜观察合金的组织结构,比较不同碳化温度制备的超细碳化钨在不同的烧结温度下制备的合金性能与组织结构的差异。研究表明:碳化温度对超细碳化钨各项性能及超细合金各项性能有较大的影响,温度在1 480℃以下,单颗粒与单颗粒之间的烧结长大比较微弱,单颗粒内部的亚晶长大也很微弱,但当温度升高到1 520℃,亚晶尺寸有明显升高,粉末结晶更趋完整。低温碳化的超细碳化钨,结晶不完整,缺陷较多,粉末活性高,容易长粗,矫顽磁力降幅较大,造成合金的微观结构不均匀。高温碳化的超细碳化钨在1 410℃烧结制备的合金试样的综合性能与微观结构要优于1 450℃烧结制备的合金试样。     

碳氢协同还原-碳化法制备纳米WC粉的工艺及机理

针对传统还原-碳化工艺中WC粉颗粒长大的问题,采用碳氢协同还原-碳化法制备纳米级球形WC粉,研究了前驱体配碳比和反应温度对WC粉性能的影响。结果表明,WC粉的碳含量与前驱体的配碳比密切相关,最佳配碳比(即n(C)/n(W)值)为3.6。W转变为WC具有结构遗传性,WC粉的平均粒径与还原温度和碳化温度密切相关。随着还原温度由680℃升高至800℃,还原水蒸气与碳反应生成CO和H_2,显著降低体系中水蒸气的分压,从而抑制中间产物W颗粒的挥发-沉积长大,WC粉的平均粒径随还原温度升高而减小。碳化过程中的高温促进WC颗粒的晶界迁移和纳米W颗粒之间的烧结合并长大,WC粉的平均粒径随碳化温度的升高而增大。n(C)/n(W)为3.6的前驱体粉末经800℃还原和1100℃碳化后,得到平均粒径为87.3 nm的球形WC粉。     

工艺条件对WC-12%Co超细硬质合金性能的影响

采用不同粒度的WC粉,加入VC、Cr3C2做抑制剂,制备WC-12%Co超细硬质合金。采用D60-25型钴磁仪测量合金磁饱和,利用排水法测定合金密度,采用三点弯曲法在CMT4504拉伸机上检测合金的抗弯强度,试样抛光后在JEOL-6701F扫描电镜下观察合金的显微组织。研究了不同的WC粉末粒度、球磨时间、烧结工艺对WC-12%Co的超细硬质合金性能的影响。结果表明:过压烧结可明显提高合金抗弯强度、硬度和密度;随着球磨时间的增加,合金硬度不断上升,抗弯强度先增后减;采用0.55μm粒度WC粉制备的合金的硬度明显高于0.70μm粒度WC粉制备的合金。在本次实验中,选用0.55μm的WC粉末原料,混合料球磨85 h,通过过压烧结,可制备出性能优良的WC-12%Co超细硬质合金,硬度HV≥1 800,抗弯强度≥3 400 N/mm2。     

原位合成复合粉制备超细WC-Co硬质合金

以偏钨酸铵、可溶钴盐、可溶碳源为原料,经喷雾转化、煅烧、低温还原碳化制备超细晶WC-Co复合粉;采用同样成分配比及工艺,在煅烧后增加短时球磨工艺,制备出另一种超细晶WC-Co复合粉;分别以2种复合粉为原料,用放电等离子直接烧结制备超细WC-Co硬质合金。采用SEM、XRD、钴磁仪、矫顽磁力计、维氏硬度计等对复合粉形貌、合金显微组织与性能进行表征分析。结果表明,未短时球磨的粉末呈现出球形结构,WC颗粒被Co相粘结在一起,可观察到烧结颈并有异常长大晶粒,经过短时球磨工序制备的粉末为分散颗粒,2种粉末中Co相同时以fcc与hcp的结构存在,粉末WC晶粒尺寸约为0.26μm;未短时球磨的粉末制备的合金存在少量孔隙,致密度较低,有异常长大晶粒。短时球磨能有效提高粉末颗粒的分散性,减少烧结体中的显微组织缺陷,制备的合金综合性能得到提高。     

微波反应烧结制备WC-Co硬质合金工艺性能

以W粉、Co粉和碳黑为原料,通过球磨、压制成形及微波反应烧结制备WC-6Co硬质合金。采用XRD、SEM、密度计和维氏硬度计等研究微波反应烧结温度、升温速率、保温时间和W粉粒度4个因素对硬质合金组织与性能的影响。结果表明:选用粒度为1.3μm的W粉为原料,当温度大于1100℃时,W即可被C完全碳化生成WC;当温度为1300℃时合金致密性较好,维氏硬度(HV_(30))与断裂韧性(W_k)分别为1999N/mm~2和8.51MPa/m~(1/2),继续提高温度至1400℃时合金性能无明显变化。烧结温度越低、升温速率越大、保温时间越短,合金残留孔隙越多,导致维氏硬度与断裂韧性性能下降。当微波反应烧结温度为1300℃、升温速率100℃/min和保温时间10 min时制备的WC-6Co硬质合金微观组织均匀和综合性能最佳。选用粒度为27.0μm的W粉为原料按照最佳工艺烧结制备出WC-6Co硬质合金,并与平均粒度1.3μm的W粉制备的合金进行对比发现粗W粉颗粒制备的合金中存在W_2C,微波反应烧结工艺参数与W粉平均粒度相关。     

碳氢协同还原-碳化法制备纳米WC粉的工艺及机理研究

针对传统还原-碳化工艺中WC粉颗粒的长大问题,采用碳氢协同还原-碳化法制备纳米级球形WC粉,研究前驱体配碳比和反应温度对WC粉性能的影响。结果表明,WC的碳含量与前驱体的配碳比密切相关,最佳配碳比（即n(C)/n(W)值）为3.6。W向WC的转变具有结构遗传性,WC的平均粒径与还原温度和碳化温度密切相关。随着还原温度由680 ℃升高至800 ℃,还原水蒸气与碳反应生成CO和H2,显著降低体系中水蒸气的分压,从而抑制中间产物W颗粒的挥发-沉积长大,WC的平均粒径随还原温度升高而减小。碳化过程中的高温促进WC颗粒的晶界迁移和纳米W颗粒之间的烧结合并长大,WC的平均粒径随碳化温度的升高而增大。n(C)/n(W)为3.6的前驱体粉末经800 ℃还原和1100 ℃碳化后,得到平均粒径为87.3 nm的球形WC粉。     

碳化温度及抑制剂的添加对超细WC性能的影响

将同一批超细钨粉,分成两组进行配炭,一组不添加抑制剂,另一组添加一定量Cr_3C_2和VC,分别将两组样品分成若干小样,在真空和氢气气氛中,采用不同温度进行碳化,分析不同WC样品粉末性能,并将1 200℃碳化的WC样品制备成钴含量为8%的硬质合金,比较合金性能及金相组织的差异。实验结果表明:在氢气气氛下,钨粉更易于碳化,碳化速度更快,WC的结晶更完整;碳化阶段添加抑制剂会抑制WC晶粒的长粗,但也抑制了WC晶粒生长的完整性;提高碳化温度可以改善WC的结晶完整性,WC的粒度也会随温度的升高而增大。氢气气氛碳化的WC制备成合金后晶粒度比真空碳化的WC粗,合金晶粒的均匀性更好,异常长粗的晶粒少;在碳化阶段添加抑制剂可以更好的抑制合金晶粒的长粗,同时也抑制了WC粉末晶粒结晶的完整性,从而导致合金在液相烧结阶段晶粒的异常长粗。     

片晶增韧硬质合金研究进展

本文分析总结了国内外在片晶硬质合金方面的研究成果。片晶WC的形成主要有两种方式,溶解-析出（再结晶）和通过在各种化学介质中片晶WC成核并长大。高度取向片状WC的制备是W颗粒尽可能被压成片状后,与石墨反应转化为高度取向的片状复式碳化物（CoxWyCz）聚集颗粒,再转化为片状WC。混乱取向的片状WC硬质合金可通过使用CoxWyCz＋C混合粉末进行制备。片晶WC硬质合金通过区域性微裂纹、裂纹偏转、裂纹分枝、裂纹龟裂及裂纹桥接等方式阻碍了裂纹进一步扩展,提高了合金断裂韧性。片晶硬质合金具有更为优异的室温力学性能和高温力学性能,在切削应用研究中也表现出了优异的耐磨性和抗崩刃性。但是,目前片晶硬质合金的生产工艺存在着碳含量难以控制以及烧结温度过高等的问题,限制了其产业化生产及应用领域。     

放电等离子烧结纳米硬质合金的研究

采用放电等离子烧结 (SPS)和普通真空烧结两种烧结工艺烧结 92WC - 8Co纳米硬质合金。放电等离子烧结 ,在 115 0℃的烧结温度、4.5kN压力下保温 5min ,烧结体就完全致密 ,其合金中的WC晶粒度小于 2 0 0nm ,硬度可达到 94.2HRA。真空烧结达到完全致密 ,烧结温度需 140 0℃ ,保温时间 30min ,WC晶粒度为 (30 0 40 0 )nm ,硬度最高为 93HRA。结果表明 :放电等离子烧结硬质合金的温度显著降低 ,烧结时间大大缩短 ,有效地抑制了WC晶粒的长大。SPS还显著降低微孔等缺陷 ,制品性能也大大提高。     

烧结温度对铁镍代钴硬质合金组织和性能的影响

采用传统粉末冶金工艺制备了WC+TiC+Ni+Fe硬质合金,研究了不同烧结温度对铁镍代钴硬质合金显微组织和性能的影响。结果表明:烧结温度为1 400～1 480℃时,合金组织正常,无石墨相和η相产生。试样的密度随烧结温度的上升而逐渐增加。在研究的烧结温度范围内,WC+TiC+Ni+Fe合金的硬度和抗弯强度值都是先升高,再缓慢降低。试验最佳烧结温度为1 440℃,材料的综合力学性能最好,硬度和抗弯强度值达到"双高",其值分别为91.6 HRA和1 720 MPa。并且此时合金的切削性能与传统的WC+TiC+Co合金相当。     

W+Co+C(碳黑)制备板状晶硬质合金及其性能研究

采用经球磨扁平化处理的W粉末为原料,添加适量Co、C(碳黑)、成型剂及纳米W粉制备板状晶硬质合金,研究了烧结温度、时间和添加纳米W粉,对板状晶硬质合金显微组织结构和性能的影响。结果表明,球磨预处理中颗粒W粉末可获得扁平化程度高的薄片状W粉末,以其为原料制备的WC-12%Co(质量分数)板状晶合金相对密度达97%,合金硬度呈现出明显的各向异性;添加纳米W粉或提高烧结温度、延长烧结时间,均有利于压坯烧结收缩致密化,生成更多的板状WC晶粒。     

WC-Co-Re cemented carbides: Structure,properties and potential applications

Cemented carbides of the WC-Co-Re system represent a new class of hard materials having a significantly increased Young's modulus, hot hardness and high temperature creep resistance. The WC-Co-Re phase diagram was evaluated and compared with the corresponding WC-Co phase diagram. Physical and mechanical properties of such composites were measured at room and elevated temperatures and compared with those of conventional WC-Co cemented carbides. Microstructures of the WC-Co-Re cemented carbides at different carbon contents, binder contents and WC grain sizes were examined. Rhenium being dissolved in the Co-based binder is found to be a very strong grain growth inhibitor with respect to WC coarsening during liquid-phase sintering. The Young's modulus, hot hardness and high temperature creep resistance of the WC-Co-Re cemented carbides are greater than those of conventional WC-Co cemented carbides. Due to their unique properties the WC-Co-Re materials can find applications in use in high-pressure high-temperature components for synthesis of diamond and c-BN and cutting Ni-based super alloys and other heat-generating workpiece materials.     

烧结温度对WC-Co-Ti3SiC2硬质合金微观组织与力学性能的影响

以掺杂3.0%Ti₃SiC₂(质量分数)的WC-Co-Ti₃SiC₂硬质合金为对象,研究了烧结温度(1350～1470℃)对WC-Co-Ti₃SiC₂硬质合金中的Ti₃SiC₂分解产物和比例、微观组织及力学性能的影响规律与机制。结果表明：烧结温度的升高促进了WC-Co-Ti₃Si C₂硬质合金中Ti₃Si C₂的分解以及(W,Ti)C和WSi₂相的生成,同时导致WC晶粒尺寸逐渐增大。硬质合金的硬度随烧结温度的升高呈现出先增大后降低的趋势,而断裂韧性则逐渐下降。当烧结温度为1410℃时,WC-Co-Ti₃Si C₂硬质合金的致密性最佳(孔隙率仅为0.47%),其力学性能也较为优异,硬度与断裂韧性分别为20 348.328 MPa和10.15 MPa·m^1...     

超细硬质合金WC-10Co-0.8(VC/Cr_3C_2)的烧结特征

超细硬质合金粉末粒度细小,具有高的比表面积和缺陷密度,因而具有较高的烧结活性,呈现出与普通硬质合金不同的烧结特征。因此,针对超细硬质合金特点制定合适的烧结工艺在生产超细硬质合金中是至关重要的。真空烧结超细硬质合金WC-10Co-0.8(VC/Cr3C2)的结果表明:1320℃烧结温度下的超细硬质合金,较1350℃和1380℃的密度和硬度低,WC晶粒细而孔隙度高。1350℃比1380℃具有更高的横向断裂强度(TRS)。WC-10Co-0.8(VC/Cr3C2)超细硬质合金的适宜烧结温度为1350℃。差热分析(DTA)对烧结过程中的热效应分析表明:出现液相温度为950℃,1300℃结束。同时氧化杂质被还原导致质量的损失和气体的产生。晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2的加入,提高了氧化物杂质还原温度。     

放电等离子烧结压力对超细WC-Co硬质合金性能的影响

通过分析放电等离子烧结致密化过程,确定了致密化温度;研究了SPS烧结过程中压力对WC-Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响。结果表明,放电等离子烧结粉末在1 130℃时,达到最大收缩率;烧结压力的增加,样品的致密度、硬度增加;断裂韧性的变化集中在11.5~12.1 MPa.m1/2之间,和硬度的变化呈现相反的趋势;烧结压力相对较小时,样品WC晶粒较粗大且不均匀;在40 MPa和55 MPa时,晶粒相对较小且分布均匀。要得到高性能、高致密度的样品,合理的烧结温度在1 200℃以上,烧结压力为40 MPa。     

抑制剂对WC-15wt%Co硬质合金性能的影响

研究了抑制剂的不同种类和添加量对WC-15wt%Co硬质合金性能的影响。添加抑制剂可以抑制烧结过程中的晶粒长大及非均匀长大,提高合金的各项性能。在原始WC粉末粒度较粗的合金中添加一定量的VC/Cr3C2,也可以制取WC晶粒度达到亚微米级的合金。     

Influence of consolidation process and sintering temperature on microstructure and mechanical properties of near nano- and nano-structured WC-Co cemented carbides

In this paper the influence of the consolidation process and sintering temperature on the properties of near nano- and nano-structured cemented carbides was researched. Samples were consolidated from a WC 9-Co mixture by two different powder metallurgy processes; conventional sintering in hydrogen and the sinter-HIP process. Two WC powders with different grain growth inhibitors were selected for the research. Both WC powders used were near nanoscaled and had a grain size of 150 nm and a specific surface area of 2.5 m²/g. Special emphasis was placed on microstructure and mechanical properties; hardness and fracture toughness of sintered samples. Consolidated samples are characterised by different microstructural and mechanical properties with respect to the sintering temperature, the consolidation process used and grain growth inhibitors in starting powders. Increasing sintering temperature leads to microstructure irregularities and inferior hardness, especially for samples sintered in hydrogen. The addition of Cr₃C₂ in the starting powder reduced a carbide grain growth during sintering, improved microstructural characteristics, increased Vickers hardness and fracture toughness. The relationship between hardness and fracture toughness is not linear. Palmqvist toughness does not change with regard to sintering temperature or the change of Vickers hardness.