微波烧结WC-Co硬质合金致密化与晶粒生长

分别采用微波烧结和常规烧结制备WC-8Co硬质合金,通过1 000~1 400℃温度范围烧结以及1 400℃保温0~240 min的微波和常规烧结实验,测量各样品的收缩率、密度和晶粒尺寸,分析其致密化行为和晶粒生长,研究烧结温度和保温时间对合金致密化和晶粒生长的影响。结果表明,与常规烧结比较,微波烧结促进YG8硬质合金的致密化,且获得的合金组织均匀,晶粒细小。另外,保温时间对微波烧结YG8硬质合金的晶粒生长几乎没有影响。     

传统和微波工艺制取的WC／Co复合材料的TEM显微结构检测

近来，在陶瓷制品、复合材料和金属制品的微波加工领域取得了显著的发展和进步。在工业产品方面，现研究出了WC／Co硬质合金零件的微波烧结工艺。据报道，用微波工艺烧结的WC／Co零件表现出了比标准零件更加优越的性能。另外，微波工艺生产周期只需传统工艺的十分之一。实验室试验证明，微波加工的WC／Co零件的耐腐蚀性和抗冲击性比含有相同成分的传统零件高好几倍。扫描透射电镜检测显示，传统和微波烧结的WC／Co样品在钴粘结相的化学特性方面存在着明显的差异。据说，微波烧结零件的机械性能归因于WC晶界出现的纯钴相，而传统烧结零件表明Co相实际是一种含W的中间合金。     

微波和传统氢气烧结对93W-Ni-Fe正挤压棒坯结构和力学性能的影响

分别研究93W-Ni-Fe d15 mm挤压棒坯在1 550℃、30 min微波烧结和1 550℃、120 min传统氢气烧结后烧结态的结构及力学性能,并对两种烧结样品芯部的物相及主要元素含量、相对密度、抗拉强度、硬度和伸长率进行测量和分析。结果表明:微波烧结样品中钨的平均晶粒尺寸比传统氢气烧结的小,粘结相中的钨含量比传统烧结的高;断口中部分钨晶粒与粘结相之间存在微裂纹;微波烧结样品硬度为33.8HRC,略高于传统氢气烧结的硬度,其相对密度、抗拉强度和伸长率与传统氢气烧结的接近;对于大尺寸钨合金样品的微波烧结,需要进一步优化微波烧结工艺才能获得比传统氢气烧结更优的结构和力学性能。     

VC/Cr_3C_2添加剂对超细硬质合金组织及性能的影响(英文)

研究了VC/Cr3C2添加剂对WC-12Co超细硬质合金的显微组织、硬度和抗弯强度(TRS)的影响.结果表明,舍一定比例VC/Cr3C2添加剂的合金具有更均匀的微观组织和优异的力学性能.当添加剂含量(质量分数)为0.5%VC/0.2%Cr3C2时,1430℃烧结制备的WC-12Co超细硬质合金的抗弯强度达3786 MPa,硬度达91.7 HRA.VC添加剂对WC晶粒的连续长大和非连续长大的抑制作用比Cr3C2添加剂更有效.此外,当烧结温度较高时,VC/Cr3C2添加剂对WC晶粒长大的抑制效果更显著.VC和Cr3C2添加剂抑制WC晶粒长大的作用机理为:VC和Cr3C2添加剂降低了WC相在粘结相中的过饱和度,从而降低烧结温度下粘结相中WC相溶解-析出过程的驱动力,起到阻碍WC晶粒长大的作用.     

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。     

用喷雾转化法制备的纳米晶粉末烧结的WC—10Co硬质合金的力学性能

研究了纳米晶WC－10Co硬质合金的力学性能和显著结构。这种纳米晶WC－10Co硬质合金粉末是将含有偏钨酸铵（AMT）和硝酸钴的溶液喷雾干燥制得的纳米晶前驱体粉末再经过还原和碳化制备的。直径约100nm的WC粉末与Co炽结相混合均匀，并在1毫乇压力和1375℃下进行烧结。为了与纳米晶料WC－10Co的显微结构和力学性能相比较，将直径范围为0．57－4μm的工业用WC粉末与Co粉混合，并在与纳米晶粉末相同的条件下进行烧结，在纳米晶WC－10Co硬质合金中加入不同量的TaC、Cr3C2和VC作为晶粒长大抑制剂。为研究WC－10Co硬质合金中Co粘结相的显微结构，以WC－10Co硬质合金烧结温度下制备了Co-W-C合金。WC－10Co硬质合金随着WC粒度的减小而增加的硬度因而符合霍尔－佩奇型关系式。WC－10Co硬质合金的断裂韧性随着Co粘结相的HCP（密排六方相）／FCC（面心六方相）比的增大（由于HCP／FCC相引起的）而提高。     

原位合成WC-6Co复合粉末制备超细YG6硬质合金

将原位合成WC-6Co复合粉末采用干袋式冷等静压压制成型(压制压力1×10~8 Pa、保压时间15 s),将压制好的坯料采用低压烧结炉烧结(烧结温度1360℃、烧结时间40 min、加压5 MPa、保温保压时间20 min),烧结制备超细YG6硬质合金,对合金的形貌、金相组织及物理力学性能进行分析。结果表明:原位合成WC-6Co复合粉末制备的超细YG6硬质合金,晶粒异常长大,WC平均晶粒尺寸为0.8μm,硬度HV_(30)为(21500±100) MPa,较传统超细YG6X硬度高。再将WC-6Co复合粉末采用滚动湿磨、压力式喷雾干燥、掺成型剂、挤压成型、低压烧结等工序制备超细YG6硬质合金,研究不同晶粒长大抑制剂配比、球磨时间、挤压压力、烧结温度对合金性能的影响。结果表明:添加0.3%VC、0.8%Cr_3C_2(质量分数),湿磨48 h,挤压压力24 MPa,烧结温度1340℃,制备的超细YG6硬质合金WC晶粒均匀,无异常长大的WC晶粒,WC平均晶粒度尺寸0.4μm,呈多边形,外形较圆。强度、硬度最高,抗弯强度TRS为(2250±20) MPa、硬度HV30为(22600±100) MPa。断口形貌为沿晶断裂,沿WC与WC晶界断裂或WC与Co晶界断裂。     

超细晶硬质合金中VC／Cr3C2对晶粒长大的抑制作用及机理研究

研究了超细晶硬质合金VC／Cr3C2抑制剂作用及抑制机理。研究发现复合添加VC／Cr3C2可以有效抑制WC—10Co合金烧结过程中晶粒的连续长大，合金平均晶粒尺寸为0．5μm，具有较高TRS（横向断裂强度TransverseRuptureStrength）和硬度。TEM和EDS分析发现抑制剂元素的主要存在方式是溶解在粘结相中且分布均匀，未发现抑制剂元素偏聚和第二相析出，说明抑制机理在于抑制剂元素溶入粘结相Co后，显著降低W，C在Co中的溶解度，使液相烧结阶段WC晶粒的溶解一析出过程受到阻碍，从而抑制液相烧结阶段的晶粒连续长大。     

Ni含量对粗晶WC-Co-Ni硬质合金组织和性能的影响

以WC-10%(Co+Ni)硬质合金为研究对象,在相同含量的Co+Ni粘结相中采用不同的钴镍比来研究Ni含量对WC-Co-Ni硬质合金组织和性能的影响。结果表明随Co+Ni粘结相中的镍含量的增加,合金中显微组织结构中的粘结相的分布均匀性变差;WC晶粒的尺寸和圆度增大。合金的强度性能结果表明WC-(Co+Ni)硬质合金在粘结相质量分数为60%Co-40%Ni时抗弯强度出现最大值;随Ni含量的增加,WC-(Co+Ni)硬质合金的硬度值相差不大,但呈下降趋势;合金的密度几乎没有变化;合金的钴磁降低,磁力呈现先增后降。     

Pt催化作用下无氢碳化制备纳米WC粉及其烧结性能研究

针对无氢碳化中反应速率缓慢、颗粒长大的问题,在无氢碳化过程中添加少量Pt作为催化剂,制备纳米WC粉。采用热压烧结对WC粉进行烧结得到无粘结相硬质合金。研究了Pt添加对WC粉的形貌和烧结性能的影响,以及Pt和烧结温度对烧结样品的致密化,组织和力学性能的影响。结果表明,少量的Pt可显著降低无氢碳化温度,制备的WC粉粒径细小且均匀。随着烧结温度升高,无粘结相硬质合金的致密度增加,晶粒尺寸增大,硬度与断裂韧性增加,但烧结温度过高,出现异常长大晶粒和W₂C,导致无粘结相硬质合金的断裂韧性严重下降。最佳烧结工艺为,烧结温度1700 ℃,保温60 min,压力40 MPa,所得无粘结相硬质合金致密度达到98.8%,平均晶粒尺寸为263.6 nm,维氏硬度和断裂韧性分别为2887 kg.mm^_-2和7.1 MPa.mm^_1/2。     

烧结温度和保温时间对微波制备WC-8Co硬质合金显微组织的影响(英文)

采用2.45GHz高功率多模腔微波炉制备WC8Co硬质合金,对压坯的收缩率和合金的显微组织进行研究。结果表明:液相温度出现在1300°C附近;在烧结温度1450°C下保温5min能获得几乎全致密的合金试样。微波烧结法制备的合金晶粒要比真空烧结制备的合金晶粒尺寸细小且分布更均匀。另外,WC晶粒的尺寸和分布主要取决于烧结温度;保温时间对合金晶粒的影响很小,无论在1450°C下保温多长时间WC平均晶粒的尺寸始终保持在2.7μm。     

微波烧结超细WC-8Co硬质合金中的脱碳及其改进(英文)

通过微波烧结技术制备超细WC-Co硬质合金。烧结过程中在试样的表层形成脱碳相W3Co3C。在混料过程中添加炭黑,研究碳含量与合金力学性能之间的关系。结果表明:当碳含量为0.45%时,合金的硬度和断裂强度达到最大值,分别为HRA93.2和3396MPa。SEM观察发现在微波烧结超细硬质合金过程中,WC晶粒的长大主要为初期的合并长大。     

无η相梯度WC-Co硬质合金的微观结构与性能

采用气氛烧结法制备了无η相梯度WC-Co硬质合金,并通过扫描电子显微镜观察渗碳处理前后样品的微观形貌和WC晶粒尺寸,X射线能谱仪测量Co含量的分布,X射线衍射仪分析样品的相结构,显微硬度计测量样品表面、心部的硬度,X射线应力仪测量样品烧结表面的残余应力,钴磁测量仪和矫顽磁力计测量样品的钴磁值、矫顽磁力,对梯度硬质合金的微观结构和性能进行了分析。结果表明,通过渗碳处理可以制备出无η相的梯度WC-Co硬质合金,WC晶粒有长大的趋势,但长大幅度较小;渗碳处理后合金钴磁值增大,矫顽磁力减小;梯度硬质合金的硬度呈梯度分布,表面硬度显著高于渗碳处理前的硬质合金的平均硬度;梯度硬质合金烧结表面的残余应力为压应力,残余应力数值低于渗碳处理前的硬质合金。     

Mo含量对烧结WC-CoCrCuFeNiMo_x硬质合金性能的影响

以CoCrCuFeNiMo_x高熵合金粉末为粘结相,通过粉末冶金压制、烧结工艺制备WC-6 mass%CoCrCuFeNiMo_x硬质合金,并研究了高熵合金粘结相中Mo含量的不同对合金性能的影响。结果表明,WC-6 mass%CoCrCuFeNiMo_x硬质合金在1380℃烧结后所获得的合金物相主要由WC相和FCC面心立方相组成。随着烧结温度的提高,粘结剂的FCC相消失,其主要原因可能是温度升高,高熵合金粘结相中各元素的扩散得到加强,且Mo的加入使元素间的扩散混乱,致使其出现无序相,导致XRD探测不到具体的FCC面心相。此外,随着Mo含量的增加,粘结相中的混乱度增加,致使其溶解的W和C原子数量降低,减缓WC溶解-析出速率,有效抑制了WC晶粒的长大,使WC-6 mass%CoCrCuFeNiMo_x硬质合金的WC晶粒尺寸随Mo含量的增加呈变小的趋势。同时,Mo含量的增加会强化粘结相,使合金的硬度及抗弯强度提高。     

超细WC—10Co硬质合金的显微结构与机械性能

本文对超细WC-10wt％Co-X硬质合金的机械性能进行了研究：通过喷雾干燥，用舍AMT和硝酸钴溶液来制取超细原始粉末，再用机械一化学工艺，将原始粉末还原和碳化成WC／Co粉末：直径大约为100nm的WC粉末与粘结剂Co均匀地混合，在n-已烷和球料比为5：1的条件下湿磨24小时，过后再干燥24小时，并在Imtorr压力下和1375℃二的温度下进行烧结：为了比较超细硬质合金的显微结构与机械性能，将直径为0．57μm～4μm的WC粉末与Co粉末进行混合，随后在1mtorr压力下和1375℃二的温度下烧结：添加不同数量的TaC、Cr3C2、和VC晶粒长大抑制剂到WC-10wt％Co超细硬质合金中，发现烧结后超细硬质合金中的Co相在WC晶粒的边缘快速产生：Hall-Petch类型关系说明WC—10wt％Co硬质合金的硬度是随着WC晶粒度的下降而增加，而抗弯强度则取决于Co粘结相中的溶解度。     

液相烧结纳米WC／Co合金晶粒长大的抑制

新一类晶粒长大抑制剂合金已被开发出来．它使得在液相烧结纳米相WC／Co粉末压坯时WC晶粒的粗化得到较好的控制。这一类新合金是所选择的抑制剂碳化物(VC或／和Cr3C2)和钴金属的固溶体。这种方法使抑制剂碳化物在纳米复合物材料中分散得非常均匀，从而保证了烧结时WC晶粒长大得到更加有效的控制。加有抑制剂相的富Co基体熔点的明显降低．有助干WC晶粒长大速度降低，另一个有利的且可能是决定性的因素是液相Co中形成了稳定的金属／非金属原子团，即W、V、Cr／C原子团。可以认为，这种原子团阻碍了W和C原子从一个晶粒向另一个毗连晶粒的液相迁移，从而进一步降低WC的长大速度。     

气压烧结硬质合金性能的研究

选用一定条件的WC粉和Co粉,生产YG6、YG11、YG8顶锤3个牌号硬质合金试样．采用气压烧结和普遍真空烧结,对两种工艺进行对比,结果表明：气压烧结硬质含金孔隙等缺陷显著降低;密度、强度等物理性能大大提高,低粘合金更为明显,气压烧结硬质合金的磁力、Co磁更为均匀,组织更细。     

叠层加压SPS烧结制备梯度硬质合金

采用叠层加压SPS烧结法制备致密的YG10/YG20梯度结构硬质合金。通过调整WC粒度和添加微量元素B来调整烧结温度,使含钴量低的粉末与含钴量高的粉末的烧结温度相近。研究了烧结温度对致密度、组织形貌、显微硬度和断裂韧性的影响,分析了沿梯度截面上C,Co,W等成分、显微硬度的变化及YG10/YG20界面的结合情况。结果表明:原始WC粒度为1μm的YG10+0.05%B混合粉末和9μm的YG20混合粉末都能在1100℃~1160℃烧结致密,相对密度达到99%以上,晶粒尺寸均匀,梯度界面结合良好,没有开裂现象。低钴端的硬度达到了15500MPa~16000MPa,高钴端的硬度为11100MPa;在294N载荷的作用下低钴端的断裂韧性为12.62MPa·m1/2,而高钴端在这一载荷的作用下没有出现裂纹,断裂韧性较高,从而实现了硬质合金一端具有高硬度,另一端具有良好的韧性的有机结合。     

测定硬质合金中钴相相组成的X射线衍射法

采用 X射线衍射理论推导出简易计算公式 ,可以快速准确便利地测定硬质合金中钴粘结相的相组成 ,即测量钴相中的两种同素异构体α- Co(fcc)和ε- Co(hcp)的相对含量。以 YG15硬质合金为例 ,测量经 12 0 0℃油淬热处理前后的钴相的相组成 ,发现几乎全部由α- Co组成 (占体积的 96 .3% )     

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。