不同粒度WC配比对粗晶硬质合金显微组织和性能的影响

分别采用单一WC粉球磨和采用两种粒度不同WC粉混合球磨的制备工艺制取3批相同配碳量、WC平均晶粒度相近的WC-6%Co粗晶硬质合金，通过分析合金WC晶粒的粒度分布，以及合金的矫顽磁力(H_c)和断裂韧性(K_IC)，研究不同制备工艺对合金WC晶粒的粒度分布、矫顽磁力、断裂韧性的影响。结果表明：不同制备工艺对合金的WC晶粒的粒度分布、钴相分散均匀性及断裂韧性有明显的影响。WC平均晶粒度相近时，采用两种WC粉末混合球磨工艺与采用一种WC粉末球磨工艺制取的合金相比，WC晶粒的粒径离差系数分别降低8.9%、15.6%,WC晶粒分布更均匀，合金矫顽磁力提高0.2、0.4 kA/m，合金韧性提升2.5%、10.8%。     

W粉球磨时间对W粉、WC粉及其制备的合金性能的影响

本文通过对粗、细两种W粉进行球磨,研究不同球磨时间下W粉粒度、形貌及亚晶尺寸的变化,再制备成WC及合金,观察其对WC及合金性能的影响。试验结果表明:随着W粉球磨时间的延长,细W粉中的团粒和粗W粉的聚集体先破碎或分离,随后钨晶粒在球的冲击下发生变形,特别是粗大钨晶粒中形成许多位错、裂纹等缺陷,导致亚晶尺寸不断变小。球磨后钨晶粒中存在的位错和表面裂纹在碳化开始时可有效提高碳原子向W粉颗粒内部的扩散速率,但这种影响随碳化温度提高或碳化时间的延长而不断减弱。随着W粉球磨时间的延长,其合金的磁力值均呈增加,表明合金中WC的晶粒度不断减小,但晶粒度的变化幅度不大;球磨时间对合金其它性能没有明显影响。长时间球磨粗W粉中出现少量扁平的W粉颗粒,在其制备的WC粉中也能发现,这可能是粗晶合金的金相组织中长条状晶粒数量增加的原因。     

原始WC粉末粒度组成对超细硬质合金组织及性能的影响

分别采用两种工艺制备的Fsss粒度相近的WC粉末为原料,在不同球磨时间下制备WC-10%Co-0.3%Cr_3C_2-0.5%TaC试样于1 450℃下烧结,对比两种合金的微观结构和常规性能。结果表明:采用粒度分布较窄、不含WC团聚颗粒的WC粉末为原料,经10 h球磨就能得到微观组织结构均匀的超细硬质合金;采用粒度分布较宽、含有大量WC团聚颗粒的WC粉末为原料,需要50 h球磨才能得到微观结构较为均匀的超细硬质合金,球磨时未被破碎的WC团聚颗粒烧结时会长大为WC晶粒团聚体,或者是粗大WC晶粒,会降低合金的抗弯强度值;原始粉末粒度组成对超细硬质合金的矫顽磁力、密度和硬度影响较小。     

WC粉粒度特征与硬质合金WC晶粒粒度关系的定量研究

本文研究了粒度接近的5个批次原料WC粉及对应合金的特性。利用扫描电镜分析原料WC粉的整体特征及WC颗粒聚集体构成特征,用激光粒度分析仪分析了各批次原料WC粉的粒度分布,用定量金相软件分析了合金成品WC晶粒粒度分布。结果表明,粒度接近的各批次的原料WC粉颗粒粒度分布不尽相同。在相同的球磨时间下,WC粉末粒度分布相同的批次,合金WC晶粒粒度分布曲线不尽相同,原料WC粉末中单晶WC颗粒的粒度对合金WC晶粒粒度分布有直接影响。评价WC的质量应从Fsss粒度、粒度分布、电镜形貌和球磨实验合金的晶粒分布进行综合分析。     

球磨时间对WC-6％Ni硬质合金微观结构及性能的影响

以WC-6％Ni硬质合金为研究对象,采用不同球磨时间制备了5组合金试样,通过对烧结后合金磁、力学性能的检测及显微结构观察,分析研究了球磨时间对WC-6％Ni硬质合金的微观结构及其性能的影响.结果表明:球磨时间对WC-6％Ni硬质合金的微观结构和性能影响明显,过短的球磨时间导致合金中存在粗大WC晶粒,适当延长球磨时间可使WC晶粒得到细化并获得微观结构均匀的合金,但过长的球磨时间则会导致合金中粗WC晶粒的再次出现.随着球磨时间的增加,抗弯强度、硬度、矫顽磁力均随之经历先上升到峰值后下降的过程;而球磨时间对WC-6％Ni合金的密度影响很小.当球磨时间为36 h时,WC-6％Ni硬质合金具有最小的WC平均晶粒度和相对均匀的微观结构,合金抗弯强度、硬度及矫顽磁力出现峰值,分别为2 250 MPa、89.4 HRA、4.9 kA/m.     

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。     

WC-10%Co合金烧结过程中组织演变与矫顽磁力变化

利用矫顽磁力研究了两种不同WC粒度的WC-10%Co合金在烧结过程中组织演变。合金在1 200～1 450℃之间5个不同温度进行烧结,研究了不同温度下孔隙收缩、液相迁移、组织均匀化以及矫顽磁力变化。发现烧结过程中硬质合金组织分布经历了相对均匀到不均匀再到均匀的过程,与此同时合金的矫顽磁力经历了降低、升高再降低的过程,并且WC粒度越细的合金该现象越明显。实验结果表明合金组织越均匀其矫顽磁力越高。建立了优化的硬质合金矫顽磁力模型,模型表明硬质合金矫顽磁力由Co的磁畴以及WC/Co界面面积决定,而WC/Co界面面积受WC粒度和Co分布的影响。该模型可以很好的解释组织均匀性与矫顽磁力之间的联系。     

WC在湿磨中的分散与破碎过程研究

本文在球料比一定的情况下,分别对不同粒度规格的WC进行湿式球磨,并在不同球磨时间取样进行测试。通过氮吸附比表面法、激光粒度分布仪、XRD及SEM电镜等手段,对不同球磨时间下的WC的粒度及粒度分布、晶粒尺寸及破碎过程中粉体的形貌进行分析测试。结果表明:细晶颗粒WC和中粗颗粒WC随球磨时间延长,虽然平均粒度都在细化,但是其细化机理却是不同的。细颗粒WC破碎主要表现为"软团聚"团粒的分散,并且在短时间球磨就能将其分散开,WC颗粒本身并无明显的破碎过程;而中粗颗粒WC主要表现为"硬团聚"体及多晶颗粒随着球磨时间的延长而破碎,并且在球磨达到一定强度后,部分粗大WC晶粒表面也会出现裂纹,进而引起WC晶粒的破碎。     

矿用硬质合金WC晶粒均匀性及板状形貌异常长大的控制

针对矿用硬质合金对微观结构均匀性的要求,以WC-Co硬质合金为研究对象,研究了WC原料、球磨工艺、钴含量、碳含量、添加剂、烧结温度等因素对WC晶粒均匀性的影响,制备了14组合金试样,通过对烧结后合金的微观结构观察,分析研究了以上因素对WC晶粒均匀性的影响。其中重点分析了硬质合金微观组织中WC晶粒呈板状形貌异常长大的原因。研究结果表明:球磨过程中产生的细小WC数量越多,越易于出现板状晶;硬质合金中板状晶的出现与钴含量、烧结温度、抑制剂、球磨时间、WC原始粒度都有密切关系;WC粒度增加、钴含量降低、球磨时间减少、烧结温度降低和添加抑制剂均可提高WC晶粒的均匀性并降低合金中出现板状晶的可能性。     

石蜡工艺YG类硬质合金矫顽磁力的控制

对矫顽磁力影响因素分析得知 ,在 Co含量一定时 ,YG合金的矫顽磁力受 WC晶粒度和含碳量的影响 ,根据低、中钴合金的矫顽磁力、抗弯强度与烧结温度的关系 ,针对 WC晶粒度和含碳量这两个影响因素 ,用新试验方法得到矫顽磁力降低而抗弯强度提高的抗冲击合金。     

Binder jet printed WC infiltrated with pre-made melt of WC and Co

WC-Co was made via binder jet additive manufacturing of tungsten carbide followed by melt infiltration with a Co-WC infiltrant. The goal of the study was to achieve fully densified parts in near-net shape with minimal shrinkage while keeping the Co content low. The exact amount of infiltrant was determined in order to fully densify with minimum shrinkage based on the actual volume taken up by WC powder in the preform based on theoretical density, the bounding volume of prints after shrinkage, and the volume from the infiltrant. The eutectic nature of the infiltrant enabled melting at much lower temperature compared to the melting temperature of pure Co. The density, microstructure, grain size, hardness, and fracture toughness were characterized. The shrinkage and net shaping were assessed with light scans. A detailed look at the fracture mechanics was assessed. This approach achieved highly dense WC-Co parts in net-shape with Co vol% of near 29 (Co wt% ~19), density of 96.2% theoretical, hardness of 8.34 GPa, grain size of 7.7 μm, magnetic saturation of 0.5 T, room temperature thermal conductivity of 125 W/mK, and fracture toughness of 24.7 MPa·m^1/2.     

碳化钨含量对钴基碳化钨复合喷熔层耐磨性的影响

为提高20钢的耐磨料磨损性能,利用氧一乙炔火焰喷涂的方法制备了不同WC含量的钴基WC复合喷熔层。显微组织分析表明,复合喷熔层与基体结合良好,喷熔层内WC颗粒分布均匀。磨损试验结果表明,钴基WC复合喷熔层具有优异的耐磨性能,随WC含量的增加,喷熔层耐磨性能增强。     

WC/Ni和WC/Cu基复合覆层的耐气蚀性能

分别在NiCrSiB和CuNiSiB自熔合金粉末中添加WC颗粒 ,利用氧乙炔焰粉末喷焊工艺制备覆层。用超声波振动气蚀仪研究覆层的耐气蚀性能 ,用扫描电镜观察覆层表面气蚀破坏形貌。结果表明 :复合覆层的耐气蚀能力比基体材料强。探讨了覆层的气蚀破坏机理。     

Phase transformation of NiCrBSi–WC and NiBSi–WC arc sprayed coatings

The coating microstructures of electric arc sprayed NiCrBSi–WC and NiBSi–WC coatings were investigated. It was found that, for NiCrBSi–WC coating, the resulting microstructure consists of NiCr, NiCrW solid solutions and WC/W₂C as major phases. For NiBSi–WC coating, the major phases are Ni, NiW solid solution and WC/W₂C. Some B is present within the coatings as inclusions. The amount of WC/W₂C was reduced in both coatings due to the formation of the NiCrW and NiW solid solutions containing a large amount of W. Precipitation of W-rich phase from NiCrW and NiW solutions was also observed but the transformation is restricted by the fast cooling rate characteristic of the spraying process. There is more dissolution of WC/W₂C into the matrix in NiBSi–WC coating resulting in a greater reduction in the microhardness of this coating. Wear test results, however, show that even though the NiBSi–WC coating possesses lower microhardness, it is more effective against dry sliding wear than the NiCrBSi–WC coating, owing to better metallurgical bonding between the matrix and the carbide as a result of WC/W₂C dissolution.     

WC粒度对WC/10Co注射成形工艺的影响

研究了不同粒度的WC粉末对WC/10Co注射成形工艺(PIM)的影响,分析了WC粒度对喂料流变性、注射坯质量、脱脂工艺和烧结工艺的影响机理。结果表明:WC粒度越小,WC/10Co喂料流变性越差,注射坯质量越低,溶剂脱脂速率越高,合金形状偏差越大。超细WC/10Co喂料存在粉末团聚颗粒、粘结剂包裹不充分,其热稳定性低、流动性降低56%,注射坯致密度下降5%;超细WC-10Co合金的线收缩率达到20.80%,尺寸偏差为2.85%,脱脂-真空烧结时易出现脱碳现象。     

WC硬质合金复合轧辊的加工

介绍了加工WC硬质合金轧辊时刀具、轧辊轧槽和月牙横肋加工工艺的选择方法;对超硬材料刀具常见磨损形式及其产生原因进行了分析,并提出了预防措施。     

WC溶解对WCp/钢基表层复合材料组织和性能的影响

利用V-EPC法制备了WC颗粒增强钢基表层复合材料.通过金相、扫描电镜、XRD、显微硬度及冲击磨料磨损性能测试等手段重点研究了在预制层中添加镍基自熔合金粉末(Ni6025 WC)后,WC在基体中的溶解对复合材料组织和性能的影响.结果表明,WC在复合层中全]溶解使复合层基体中出现珠光体,残留奥氏体,马氏体以及M6C型碳化物,经分析知该M6C型碳化物为Fe3W3C.本试验得到的试样显微硬度与同类WC/钢基表层复合材料相比显著降低,冲击磨料磨损下的体积磨损率也较高.这些均表明WC在基体中过度溶解和Fe3W3C在基体中的含量较多时,复合材料的性能较差.     

Morphology of WC grains in WC–Co alloys: Theoretical determination of grain shape

A theoretical approach to predict grain morphology from interface energies computed using density-functional theory is presented and applied to the WC–Co system. The dependences of the WC grain shape on the geometrical misfit at the Co/WC metal–ceramic interface, and on the carbon chemical potential are investigated. The WC grains are predicted to be hexagonal when the interfaces are assumed to be coherent, and change to a truncated triangular shape where the long prism side lengths are five times longer than the short side lengths, when the interfaces are assumed to be incoherent.     

WC/钢复合材料渗硼中WC颗粒对硼化物生长的影响

采用粉末渗硼法,对三种WC含量不同的WC/钢复合材料进行渗硼处理.利用SEM、XRD及自制的黑白图片伪彩色处理仪等方法对渗硼层的组织结构、硬度分布、渗硼层厚度及渗硼层内裂纹萌生进行研究,重点分析了WC含量及分布状况对硼化物生长的影响.结果表明：进行渗硼后,材料表面可获得高硬度FeB＋Fe2B的渗硼层,且随WC含量的增加,Fe2B含量相对增加.在渗硼过程中,WC颗粒对硼化物的生长起阻碍作用,而且含量愈多,阻碍作用愈大,渗硼层愈浅.当WC颗粒的分布方向与渗硼方向平行时,对硼化物生长的阻碍作用最小,渗硼层厚且致密,且在冷却时不易产生裂纹;当WC颗粒的分布方向与渗硼方向垂直时,对硼化物的生长阻碍作用最大,获得的渗硼层较浅,并且在渗层中出现明显的疏松区;当WC粒子呈无序分布,对硼化物的生长阻碍作用介于上面两者之间.硼化物生长时,遇到大颗粒WC其尖端变钝并停止生长;遇到小颗粒WC可以＂吞食＂.     

高速火焰与等离子喷涂WC／Co涂层的性能比较

分析比较了超音速喷涂与等离子体喷涂的ＷＣ／Ｃｏ涂层的形貌,显微组织结构,孔隙率,硬度及其耐磨性,结果表明超音速火焰喷涂的ＷＣ／Ｃｏ涂层具有与粉末相近的相结构,也说ＷＣ颗粒在超音速火焰喷涂过程中,只有极少部分被分解和氧化,同时涂层具有很高的致密度,硬度和良好的耐磨性,涂层与基体的结合情况也得到很大的改善。