添加VC与Cr_3C_2对超细晶硬质合金烧结过程的影响

系统研究晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2对WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中收缩率、相变温度和晶粒长大的影响。研究表明,WC-8%Co超细晶硬质合金的烧结收缩和致密化过程主要发生在固相烧结阶段,在液相出现前,合金的致密化程度已达到95%。晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2的加入,显著降低了超细晶硬质合金烧结过程中液相出现的温度,且不同程度地阻碍了WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中致密化的进程和速度。与未加入晶粒长大抑制剂的合金相比,其致密化的进程大约延迟80℃。     

W-30Cu纳米复合粉末液相烧结致密化与晶粒长大机制

采用喷雾干燥-煅烧、还原工艺制备超细W-30Cu复合粉末,将粉末模压成形,在1340～1420℃液相烧结15～120min,研究其致密化行为及晶粒长大机制。结果表明:W-30Cu复合粉末在液相烧结早期发生了显著的致密化,1340℃烧结15 min致密度可达到90%以上;随烧结时间的延长致密度增加,1380℃烧结90 min相对密度达到99.1%。液相烧结过程中,W晶粒不断长大并逐渐球化,且其晶粒大小G与烧结时间t符合G3∝kt关系,服从液相烧结溶解-析出机制。烧结温度对W晶粒长大影响显著,当温度从1340℃上升到1420℃时,其晶粒长大动力学系数从1.61×10-2μm3/min增大到4.65×10-2μm3/min,液相的形成、颗粒重排、溶解-析出及W晶粒长大使细晶W-Cu获得近全致密。     

烧结过程中WC晶粒形貌的变化

采用粉末冶金工艺烧结了纯WC,制备了WC-10%Co硬质合金,利用JSM5600LV扫描电镜观察不同烧结温度下制备的试样WC颗粒/晶粒形貌。结果表明:纯WC进行烧结时,烧结过程中在表面张力的作用下,系统向能量最低趋势发展,WC晶粒保持球形或类球形;在有钴的存在下,界面张力状态发生了改变,为了达到系统的稳定状态,WC/Co接触界面向平直化发展,烧结温度达到共晶温度之后,在溶解-析出机理的作用下,WC晶粒有选择性长大,形状更加规则化,最终导致WC/Co界面平直。     

超细硬质合金中晶粒非均匀长大机理

采用市售的粒度为0.8μm的WC粉末和粒度为1.6μm的Co粉制备了WC-10%Co超细硬质合金,通过金相显微镜﹑扫描电子显微镜观察了不同烧结温度下制备的试样WC晶粒形貌,对超细晶粒硬质合金非均匀长大现象及机理进行了研究。结果表明:粉末湿磨后的粗大颗粒在烧结过程中起晶核作用,是引起晶粒非均匀长大的关键因素。固相烧结时,烧结体中细小颗粒受到张力的作用发生旋转,当其取向与邻近的大颗粒取向一致时,形成共格界面,以粗大晶粒为核心以并合的方式非均匀长大;液相烧结时,细小晶粒溶解并优先地在大晶粒的某些低能量晶面如(0001)和(1010)面析出,引起晶粒异常长大。本研究中,当烧结温度达到1 410℃时,WC晶粒可异常长大为接近20μm的粗大晶粒。     

球磨时间及烧结温度对固溶体粒度的影响

通过不同球磨方法以及不同烧结温度获得不同粒度、Co相(液相)平均自由程的WC-6%(Ti,Ta,Nb)C-7.5%Co硬质合金,研究了固溶体原料球磨时间对烧结后固溶体长大的影响,同时研究了1 410℃和1 465℃两个烧结温度下硬质合金中(Ti,Ta,Nb)C固溶体平均粒度与液相平均自由程的关系。实验结果表明,随着WC球磨时间延长合金中的硬质相包括WC和固溶体粒度变细;单独延长固溶体原料球磨时间对烧结后固溶体平均粒度的影响不大;固溶体平均粒度与液相平均自由程之间存在较好的线性关系,并且该线性关系与温度无明显关联。分析讨论了(Ti,Ta,Nb)C固溶体在烧结过程中的生长机理,认为WC-6%(Ti,Ta,Nb)C-7.5%Co硬质合金中固溶体的主要长大方式包括聚集长大和溶解-析出长大,聚集长大主要发生于固相烧结阶段后期以及液相烧结阶段前期,聚集长大程度与烧结收缩均匀性有关,溶解-析出长大主要发生在液相烧结阶段,并随着烧结温度升高,固溶体的溶解-析出对固溶体长大的贡献增大。     

超细/纳米W-20Cu复合粉末的液相烧结机制

采用溶胶-喷雾干燥及氢还原工艺制备超细/纳米W-20 Cu复合粉末:将粉末压制成形,在1 340～1 420℃烧结5～180 min,并研究其致密化行为及晶粒长大机制.结果表明:烧结温度对液相烧结致密化起主要作用,W-20Cu复合粉末在液相烧结早期发生了显著的致密化,在1 420℃烧结5 min时,致密度可达到89％以上;随烧结时间的延长,致密度增加,在1 420℃烧结90 min时,相对密度最高,达到99.1％.液相烧结时,W晶粒不断长大并逐渐球化,且其晶粒大小G与时间烧结t符合G3＝G30+kt关系,服从溶解-析出机制.烧结温度对W晶粒长大影响显著,当温度从1 340℃上升到1 420℃时,其晶粒长大动力学系数从1.59×10-2 μm3/min增大到2.47×10-2 μm3/min,这说明液相的形成、颗粒重排、溶解-析出及W晶粒长大使得细晶W-Cu坯体获得近全致密.     

纳米及超细复合粉添加对超粗晶硬质合金晶粒长大的影响及机制

在粗颗粒WC/Co混合粉末中分别添加平均粒径为100、250、400nm的WC-8Co复合粉,经球磨混合压坯后在不同温度进行Ar气保护烧结。针对烧结块体的形貌、晶粒尺寸及其分布进行了研究,并分析了复合粉添加对不同烧结阶段WC晶粒长大的影响机理。研究发现,在WC/Co混合粉中加入纳米和亚微米复合粉末均可制备得到超粗晶硬质合金,且添加纳米复合粉烧结的试样平均晶粒尺寸达到9.3μm。烧结初期,纳米和亚微米复合粉通过增加混合粉末的表面能而有效促进WC晶粒长大;当达到液相烧结温度时,添加纳米复合粉的烧结块体中,由于小晶粒具有更大的溶解驱动力,促使小晶粒溶解并在周围大晶粒表面析出,进一步增大烧结块体的晶粒尺寸;添加亚微米复合粉的块体中,小晶粒WC呈集中分布,使其溶解驱动力较小,且析出主要发生在周围细小晶粒之间,达到溶解析出动态平衡,从而使烧结块体的平均晶粒尺寸增长缓慢。     

超细硬质合金烧结过程中WC扩散-溶解-析出特征与机理研究

以08型WC与Co制成WC-10%Co试样条,脱蜡后分别于1 200﹑1 250﹑1 300﹑1 350℃进行烧结并分别保温1 h和5 h。采用扫描电镜观察烧结过程中WC晶粒形貌的变化,采用差热分析仪研究WC-10%Co的共晶温度。研究结果表明:WC-10%Co在低于共晶温度的烧结过程中发生了WC晶粒形貌由等轴形向棱边平直的多边形变化,并随着温度升高,晶粒尺寸增大。这表明在固相烧结时超细WC与钴相存在溶解析出过程,改变WC晶粒形貌并使晶粒长大。     

Mo_2FeB_2基金属陶瓷烧结过程中显微组织和力学性能的变化

采用真空烧结法制备了Mo2FeB2基金属陶瓷。运用XRD、SEM、EDS研究了Mo2FeB2基金属陶瓷的烧结过程中显微组织的变化并测试了不同烧结温度下所得金属陶瓷材料的力学性能。实验结果表明:进入L1液相(奥氏体+Fe2B)烧结阶段后,金属陶瓷由于颗粒重排致密度大幅度提高,但溶解-析出过程进行得较缓慢,晶粒基本没有长大。提高烧结温度至L2液相(奥氏体+L1+Mo2FeB2)生成后,由于溶解-析出过程明显加剧,晶粒长大趋势明显,但致密化程度进一步提高。当烧结温度达到1280℃,保温时间为40min时,烧结体接近完全致密,所得材料组织均匀具有较佳力学性能。     

两步烧结对超细晶WC-4%Co硬质合金微观组织及性能的影响

采用瞬时烧结法确定了超细晶WC-4%Co硬质合金在烧结过程中矫顽磁力突变温度,据此设计了该合金两步烧结工艺曲线。采用传统烧结方法和两步烧结方法制备超细晶WC-4%Co合金,研究了两步烧结方法对超细硬质合金的微观组织、力学性能和切削性能的影响规律。结果表明:超细晶WC-4%Co合金矫顽磁力突变的温度点在1 450℃以上。采用传统烧结方法制备的超细晶WC-4%Co合金中WC晶粒的三维形貌为多台阶层状结构,WC晶粒尺寸分布范围宽;两步烧结方法制备的WC-4%Co合金中WC的晶粒三维形貌发育为单层和三棱柱混合结构,WC晶粒尺寸分布范围窄。由于细颗粒WC溶解-析出行为的充分进行,两步烧结方法制备的合金硬度略微下降,断裂韧性有较大幅度提高。铣削试验结果表明:两步烧结制备的超细晶WC-4%Co合金木工铣刀的的抗崩刃性能及铣削寿命高于传统方法烧结的合金产品。     

Tungsten carbide platelet-containing cemented carbide with yttrium containing dispersed phase

A fine and platelet tungsten carbide patterned structure with fine yttrium containing dispersed phase was observed in liquid phase sintered WC-20% Co-1%Y2O3 cemented carbide with ultrafine tungsten carbide and nano yttrium oxide as starting materials. By comparing the microstructures of the alloy prepared by hot-press at the temperature below the eutectic melting temperature and by conventional liquid phase sintering, it is shown that hexagonal and truncated trigonal plate-like WC grains are formed through the mechanism of dissolution-precipitation （recrystallization） at the stage of liquid phase sintering. Yttrium in the addition form of oxide exhibits good ability in inhibiting the discontinuous or inhomogeneous WC grain growth in the alloy at the stage of solid phase sintering.     

微量钴对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响

采用Cr3C2、VC掺杂超细WC为原料和无压真空烧结工艺,通过合金微观组织结构的观察与分析,研究了添加质量分数为0.3%的Co对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响。结果表明,微量Co的存在加速了WC的烧结致密化过程,与此同时也导致了WC晶粒明显的各向异性非连续晶粒长大。在上述研究基础上,提出了一种无金属粘结相WC硬质合金的低成本制备工艺,探讨了超细硬质合金中WC晶粒生长机制,提出了超细硬质合金的质量改进建议。     

Microstructure and properties of ultrafine WC-10Co composites with chemically doped VC

Vanadium carbide is the most effective grain growth inhibitor for ultrafine WC-Co composites due to its high solubility and mobility in the cobalt phase at relatively low temperatures;however,there are still some debates over the best way to introduce it into the WC-Co formulation.In this paper,the differences between admixed and chemically doped grain growth inhibitors on the microstructural development and properties of an ultrafine WC-10Co composite are discussed.The densification rate of chemically doped samples is slower in the early stage of sintering and the WC grain sizes of the sintered alloys are finer than those of admixed samples,leading to the increase of hardness and transverse rupture strength of the sintered alloys.The effectiveness of the chemically doped inhibitor is attributed to the formation of vanadium rich layers on the surfaces of tungsten carbide powders during reduction and carbonization,which alters the surface and interface energies of WC grains,impedes the contact with each other of WC grains and contributes to the resistance to W diffusion across the layer during sintering,resulting in the inhibition of nanosized particle coalescence.     

钴含量及晶粒度对硬质合金冲击疲劳性能的影响

采用冲击弯曲试验研究了硬质合金的冲击疲劳性能。结果表明,当晶粒度一定时,硬质合金的冲击疲劳性能随着钴含量的增加而提高;当钴含量一定,WC晶粒度为1.2～3.2μm时,WC-Co硬质合金的冲击疲劳性能先是随着WC晶粒度的增粗而提高,当晶粒度增加到一定程度时,冲击疲劳性能出现下降。超细晶粒硬质合金的冲击疲劳性能明显高于一般WC-Co硬质合金。     

中国超细晶硬质合金及原料制备技术进展

超细晶硬质合金是WC晶粒度≤0．5μm的硬质合金,这类合金具有高强度和高硬度的优异性能。目前由超细晶硬质合金制备的高效刀具已经广泛用于航空航天、核能、汽车、发电设备、新能源和电子通讯等现代制造业。主要对中国超细晶硬质合金原料（例如超细碳化钨粉、钴粉、复合粉）和超细晶硬质合金制备技术、性能及表征方法作了系统的阐述。最后对超细晶硬质合金制备技术进行了展望。     

碳量及B类孔隙对WC-8%Co硬质合金抗弯强度的影响

采用粉末冶金方法制备了WC-8%Co硬质合金试样,经氢气烧结后,利用钴磁测试仪、强度测试仪、电子显微镜和金相显微镜分别对试样的钴磁和抗弯强度进行测定、对试样断口和金相缺陷进行观察。研究了WC-8%Co硬质合金抗弯强度与碳量(相对磁饱和)、金相缺陷(B类孔隙)之间的关系。结果表明:将试样碳含量及孔隙度控制在一定的范围内,可以使试样抗弯强度保持在较高的水平,当试样相对磁饱和为88%~92%,B类孔隙为B00时,合金显微组织中WC晶粒较为均匀,无异常长大情况,WC-8%Co硬质合金抗弯强度可达3 286 N/mm2;同时,抗弯强度值的大小随孔隙度的增多而下降。另外,氢气烧结后经HIP处理可以有效消除WC-8%Co硬质合金中的孔隙缺陷,从而提高合金抗弯强度,经HIP处理的试样的强度比正常样的强度高出2.3%。     

超细硬质合金晶粒生长抑制剂VC、Cr_3C_2作用机理的研究

本文以液相复合-连续还原碳化方法制备的掺杂有VC和Cr3C2抑制剂的纳米复合WC-10Co粉末为原料,采用真空烧结+低压处理的工艺制备超细WC-10Co硬质合金,运用原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电镜(FESEM)确定VC和Cr3C2抑制剂在硬质合金中的分布,讨论其抑制晶粒生长的机理。一部分VC、Cr3C2抑制剂吸附在WC晶粒表面形成30nm～50nm的沉淀物,降低WC晶粒的表面能;一部分VC、Cr3C2溶解在Co相中,降低WC在液相中的溶解度;其余VC、Cr3C2沉积在WC晶界,从而有效地抑制WC晶粒的长大。     

微量铁对YG8硬质合金硬度、磁性能及孔隙度的影响

以钨粉筛上物制备的碳化钨为研究对象,采用湿磨、压制、真空烧结制备了YG8硬质合金,研究了WC中铁含量分别为0.33%和1.08%时,其加入量对YG8硬质合金矫顽磁力、钴磁、硬度及微观组织的影响规律。研究结果表明:含微量Fe的WC粉末结晶不完整、团聚严重;随着铁含量的增加,硬质合金的密度逐渐下降,而钴磁逐渐增加;随着铁含量的增加,硬质合金的矫顽磁力和硬度先下降再增加;当铁含量增加到一定值时硬质合金的孔隙度开始明显增加。当硬质合金中铁含量控制在0.3%以下时,可烧结出致密化程度高的YG8硬质合金,其孔隙度达到A02B00。