高温高压烧结制备WC-6Co硬质合金及其力学性能研究

以平均粒径约300 nm的复合粉为原料,采用高温高压烧结法在不同烧结温度和保温时间下制备了WC-6Co硬质合金。通过X射线衍射仪、光学显微镜和显微硬度计研究了制备工艺对WC-6Co硬质合金晶体结构、显微组织和力学性能的影响。结果表明:试样烧结过程液相Co的流动性、WC颗粒重排和晶粒尺寸对合金密度、维氏硬度和断裂韧性起决定性作用。综合考虑合金性能,优化高温高压烧结工艺条件为6 GPa压强、1 400℃温度和15 min保温时间。该烧结工艺制得的合金显微组织均匀细小,维氏硬度达2 100 HV_(10),断裂韧性达16.81 MPa·m~(1/2),均优于SPS、热压烧结制备的WC-6Co硬质合金。     

Co对原位合成WC-6Co复合粉末制备 高性能硬质合金的影响

将原位合成的WC-6Co复合粉末添加到300 L、转速50 Hz滚动球磨中湿磨，添加Co粉、晶粒长大抑制剂、石蜡、酒精，湿磨48 h，卸料、过孔径45 μm筛，采用闭式压力喷雾干燥塔制备得到WC-7Co~WC-15Co混合料粉末，对制备混合料粉末形貌、粒度分布、物相、成分进行分析，结果表明:添加Co粉配成WC-Co混合料，当混合料的Co质量分数超过10%，团聚现象明显增强，团聚颗粒明显增大；随着添加Co粉质量分数增加，混合料中氧质量分数增高，松装密度不断减小.将制备得到的WC-7Co~WC-15Co混合料掺成型剂，挤压成型，低压烧结等工序制备超细YG7X~YG15X硬质合金.研究添加不同Co质量分数WC-6Co复合粉末制备YG7X~YG15X超细硬质合金，Co对制备硬质合金的金相组织、形貌、物理力学性能的影响，结果表明:随着添加Co质量分数增加，制备的超细硬质合金硬度、密度不断降低，抗弯强度和断裂韧性先增大、后减小；制备的超细YG7X硬质合金的硬度最高HV₃₀为2 150，抗弯强度最低为3 200 MPa；制备YG10超细硬质合金的抗弯强度最高为4 950 MPa，断裂韧性最高为11.8 MPa·m1/2.      

超细晶WC-Co硬质合金制备技术的研究

以经喷雾转化、煅烧、低温还原碳化工艺制备出的纳米晶WC-6%Co复合粉末为原料,不添加晶粒长大抑制剂,经湿磨、成形和压力烧结工艺,成功制备出WC晶粒度在400nm左右的超细晶WC-Co硬质合金,并与传统工艺制备的合金进行性能对比。结果表明:复合粉末制备的合金中WC晶粒大小、组元分布更加均匀,晶粒无异常长大现象,强度和硬度均高于传统工艺制备的合金。     

放电等离子烧结不同粒径匹配的WC-Co混合粉末

采用一种包括混合粉末真空预处理和放电等离子烧结(SPS)的新型烧结技术,制备超细晶WC-10Co硬质合金块体。采用场发射扫描电镜观察硬质合金的形貌和晶粒组织,采用三点弯曲法测量试样的断裂强度,利用显微硬度仪测量维氏硬度HV30且据此估算试样的断裂韧性KIC,并与真空烧结和直接SPS试样进行对比,同时还研究初始粉末中WC粉与Co粉的粒径匹配对SPS块体的显微组织和力学性能的影响。结果表明,与真空烧结和直接SPS相比,此种方法制备的WC-10Co合金晶粒细小、组织均匀,具有优异的综合力学性能,尤其是强度明显提高,硬度为1608HV30,断裂韧性为14.0MPa.m1/2,横向断裂强度为3100MPa;WC和Co粉末的粒径匹配对SPS块体的显微组织和力学性能具有较显著的影响。     

SPS原位反应快速制备WC-6Co硬质合金的研究

应用放电等离子烧结（SPS）技术，利用WO3、Co3O4和C粉的混合粉末原位还原、化合反应快速制备WC6Co硬质合金。分析了烧结温度与压力对合金致密度、显微组织和性能的影响．结果表明：应用SPS技术，利用原位反应合成的短流程工艺路线，在烧结温度与压力分别为1270℃和90MIa的条件下能够快速制备出相对密度达99％、洛氏硬度（HRA）≥93、维氏硬度（HV）≥1900且成相良好、显微组织均匀的WC-Co硬质合金。     

WC-6Co硬质合金SPS烧结工艺

以平均粒径约为30 μm,空心球壁厚约1.8 μm的空心球结构WC-6Co复合粉为原料,利用放电等离子烧结（SPS）技术制得不同烧结温度、保温时间、烧结压力工艺下的WC-6Co硬质合金.采用扫描电镜、钴磁仪等检测手段对合金的组织与性能进行表征分析.结果表明:随着烧结温度的升高,合金的致密度和硬度升高;在实验范围内合金密度与硬度随着保温时间的延长而增加,再趋于稳定;烧结压力对合金密度、硬度等性能影响不大.综合考虑合金性能,较好烧结工艺为:温度1 250 ℃、保温时间5 min、烧结压力50 MPa.该烧结工艺制得的合金的密度达14.69 g/cm3、断裂韧性达12.23 MPa·m1/2,其组织也很细很均匀.      

喷雾转换法制备超细晶WC-12Co复合粉末HVOF涂层性能研究

采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术,以喷雾转换法制备的超细晶WC-12Co复合粉末为热喷涂粉末原料,在45#钢基体上制备WC-12Co涂层,并测试涂层的显微硬度、开裂韧性及抗磨粒磨损性能,利用XRD对复合粉末及涂层进行相结构分析,用SEM对复合粉末及涂层截面进行显微观察。结果表明,在喷涂过程中,多孔空壳球形复合粉末中WC颗粒有明显的脱碳分解发生,涂层中含有W2C、Co2W4C、W和非晶相;涂层组织呈典型的层状结构,WC晶粒有圆润化和长大现象;涂层显微硬度HV0.3/10平均值为1 084、开裂韧性平均值为5.24 MPa·m1/2,涂层表面抗磨损性能随粗糙度降低和硬度增加而提高,平均磨损质量损失为0.783mg/min。     

从硬质合金微观结构和性能对湿磨工艺的敏感性评价WC粉末的内在质量

以XLWC25型WC粉末为原料,采用滚动湿磨和搅拌湿磨工艺经过不同的湿磨时间制备5组WC-6Co硬质合金。从合金微观组织结构参数(平均晶粒度、邻接度、晶粒分布)和力学性能对湿磨工艺的敏感度方面,探讨了硬质合金关键原材料WC粉末内在质量的评定方法。结果表明,合金微观组织结构和力学性能对湿磨工艺变化的敏感度较低,在一定程度上反映了XLWC25型WC粉末具有较好的内在质量。采用搅拌湿磨工艺,湿磨6¹0 h,WC-6Co合金的微观组织结构均匀性和综合性能可达到最佳状态,优于滚动湿磨58 h制备的参比合金的综合性能。     

HVOF喷涂超细结构WC-12Co涂层磨粒磨损性能

以喷雾转换法制备的球壳形WC-12Co复合粉为原料,采用超音速火焰喷涂(HVOF)在45~#钢上制备超细结构WC-12Co涂层,并测试涂层的显微硬度、开裂韧性。利用XRD、SEM和磨损试验机分析涂层物相组成、微观结构和耐磨损性能。结果表明:多孔球壳形WC-12Co复合粉在HVOF喷涂过程中发生了中度脱碳,涂层中不仅含有WC、W_2C相,还有少量W相;涂层微观结构致密,组织呈岩层状,截面平均显微硬度HV_(0.3)为1 205.5、平均开裂韧性为4.96 MPa·m~(1/2);磨损过程中,粘结相被SiO_2犁削出非连续状槽沟,WC晶粒剥离或裂解出的细小WC晶粒成为新的磨粒,对粗大晶粒产生磨削或积于裂纹处加剧开裂。     

WC-10Co硬质合金热压工艺与晶粒抑制剂的研究

采用粒度为0 81μm的超细WC粉和粒度为1 35μm的Co粉,通过添加Cr3C2和VC作为晶粒长大抑制剂,采用热压(HP)烧结工艺制备了平均晶粒度小于0 8μm的WC-10Co硬质合金,检测了合金的显微硬度和显微组织。研究结果表明:随着烧结温度和保温时间的增加,WC-10Co硬质合金试样的显微硬度明显升高;添加晶粒长大抑制剂有效地抑制了晶粒的长大,明显提高了WC-10Co硬质合金的显微硬度;其中采用0 8Cr3C2+0 4VC晶粒长大抑制剂的样品显微硬度最高,达到22560MPa(2256kgf/mm2)。根据本实验研究结果,晶粒长大抑制剂对WC-10Co硬质合金作用效果的顺序为:(Cr3C2+VC)>Cr3C2>VC。     

放电等离子烧结制备超细晶WC-3Co硬质合金的组织和性能

采用高能球磨制备纳米WC-3Co粉末,再通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备超细晶WC-3Co硬质合金。研究SPS工艺参数对合金致密度、显微组织和力学性能的影响,并对SPS和热压工艺(hotpressing,HP)进行对比。结果表明:SPS可实现WC-3Co粉末的低温快速致密化。升高温度或提高压力都使得合金的致密度提高,同时导致WC晶粒长大。SPS较HP升温速率快且烧结时间更短,合金组织更加均匀,在1 300℃保温5 min、烧结压力为40 MPa的条件下所制备的合金具有最佳综合性能,其平均晶粒度为0.32μm,相对密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为99.3%、2257 HV30、1 906 MPa、10.36 MPa.m1/2。而在1 450℃、压力为50 MPa、保压5 min条件下,热压合金的致密度、硬度和断裂韧性分别为99.6%、2 264 HV30和11.01 MPa.m1/2,但抗弯强度只有1 301 MPa,平均晶粒度为0.47μm。     

铁镍替代钴硬质合金的微观结构与性能

以Fe与Ni部分或全部替代Co作为粘结相,制备硬质合金WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co,测试和分析合金的性能与微观结构,并与WC-20Fe合金和传统WC-20Co硬质合金进行对比。结果表明:WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co合金的致密度都达到99%以上,抗弯强度比WC-20Fe合金(1 850 MPa)和WC-20Co合金(2 720 MPa)都高,其中以Fe与Ni部分替代Co的WC-13Fe-3Ni-4Co合金,其抗弯强度和硬度都最大,分别为2 880 MPa和1 066.3 MPa。WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co合金粘结相中W的溶解量较少,平均晶粒尺寸小,晶粒形貌多为边界圆滑的多面体,Ni和Co固溶于Fe中,起到固溶强化作用;这2种合金的弯曲断口存在明显的粘结相塑性变形撕裂,自腐蚀电流密度分别为4.26×10~(-4) A/cm~2和1.86×10~(-4) A/cm~2,均接近WC-20Co合金的自腐蚀电流密度3.27×10~(-5),比WC-20Fe合金的自腐蚀电流密度(4.34×10~(-2) A/cm~2)低2个数量级。     

低压烧结温度对WC-6Ni无磁硬质合金性能的影响

以超细WC粉和羰基镍粉为原料,通过添加少量添加剂、碳粉、钨粉,并采用低压烧结的方法制备出WC-6Ni无磁硬质合金。研究了低压烧结温度和配碳量对WC-6Ni无磁硬质合金的密度、硬度、抗弯强度的影响。结果表明:随着烧结温度的提高,WC-6Ni无磁硬质合金的密度、硬度、抗弯强度呈现出不同的变化趋势,当配碳量为5.98%时,合金的金相孔隙度评级为A02B00C00。     

低压烧结温度对WC-6Ni无磁硬质合金性能的影响北大核心

以超细WC粉和羰基镍粉为原料,通过添加少量添加剂、碳粉、钨粉,并采用低压烧结的方法制备出WC-6Ni无磁硬质合金。研究了低压烧结温度和配碳量对WC-6Ni无磁硬质合金的密度、硬度、抗弯强度的影响。结果表明:随着烧结温度的提高,WC-6Ni无磁硬质合金的密度、硬度、抗弯强度呈现出不同的变化趋势,当配碳量为5.98%时,合金的金相孔隙度评级为A02B00C00。     

Y_2O_3对再生WC-8Co硬质合金性能的影响

以锌熔法回收的WC-Co复合粉末为原料,采用粉末冶金生产工艺制备了再生WC-8Co硬质合金及添加0.4%Y2O3的再生WC-8Co-RE硬质合金,并对其密度、硬度、抗弯强度及断口形貌等进行了检测和分析。结果表明,与再生WC-8Co硬质合金相比,再生WC-8Co-RE硬质合金的抗弯强度明显提高,达到2620 MPa。     

压力对放电等离子烧结硬质合金性能的影响

采用放电等离子技术(SPS)烧结WC-12Co硬质合金.主要研究了SPS烧结过程中压力对WC-12Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响,并探讨了压力对致密化和WC晶粒长大的影响机制.结果表明,提高SPS烧结压力提高了WC-12Co硬质合金的密度但导致了wC晶粒的长大.在较低的烧结温度下(1100℃)或较短的保温时间内(3 min),烧结压力对密度的影响较为显著.在较高的烧结温度(1150℃)时,烧结压力的提高导致合金中WC晶粒的明显长大.烧结压力对SPS烧结WC-12Co硬质合金力学性能的影响是通过对密度和WC晶粒尺寸的影响而起作用的.     

超细晶硬质合金用原料Co粉的选择

除球磨时间、碳含量、抑制剂及烧结方式对超细晶硬质合金的性能影响较大外,WC粉和Co粉原料的选择也对超细晶硬质合金有重要的影响。采用不同球形度、氧含量和硫含量的Co粉作为粘结相,在相同的工艺条件下,制备成分相同的超细晶硬质合金。通过考察制备合金的抗弯强度(TRS)、断裂韧性(KIC)和HV30等力学性能,评定不同Co粉对合金性能的影响。结果表明:在相同的工艺条件下,随着球形度增加,Co粉在混合料中分布更均匀,合金的TRS随之提高,但硬度和KIC变化不大;合金的TRS和硬度随着Co粉松装密度的增大略有下降;Co粉中氧含量及杂质(如S等)含量对超细晶硬质合金性能影响重大,过量的氧和杂质能使超细晶硬质合金综合性能大幅降低。     

ZrO_2(3Y)及CeO_2对细晶WC-6%Co硬质合金组织和性能的影响

采用费氏粒度分别为2.5μm和1.0μm的WC粉和Co粉为原料粉末,以ZrO_2(3Y)、CeO_2为添加剂,制备WC-6%Co硬质合金试样,研究了不同添加剂对WC-6%Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明,ZrO_2(3Y)呈球形弥散分布于粘结相中,提高了硬质合金的抗弯强度,但对WC晶粒度无明显影响;CeO_2能细化WC晶粒,减小硬质合金的孔隙,使硬质合金组织分布均匀,抗弯强度提高。     

稀土对锌熔法再生WC-8Co合金微观组织的影响

以锌熔回收料为原料,用常规硬质合金生产工艺制备出再生WC-8Co硬质合金试样;用X射线衍射金相显微镜、场发射扫描电子显微镜/EDS能谱分析等测试方法研究了不同稀土钇添加方式制备的再生WC-8Co硬质合金孔隙、孔隙度、杂质形态及成分的差异,并采用截距法测量了WC晶粒尺寸及晶粒度分布。研究结果表明:添加稀土钇可抑制WC晶粒的非均匀长大,在一定程度上减小再生硬质合金的WC晶粒尺寸;可以显著减少再生硬质合金中的A类和B类孔隙,降低合金的孔隙度;稀土钇与杂质元素结合能够改善杂质相形态,由不规则和棒状Ca-S-O相转变为球状或类球形的Ca-Y-S-O相,并显著细化杂质相尺寸;采用复合粉的稀土添加方式使稀土钇元素分布更为均匀,微观组织和含稀土杂质相的均匀细化效果更加显著。     

低压烧结对硬质合金组织和性能的影响

通过配制不同粒度的WC粉末,分别在低压和真空条件下烧结制备WC-6Co硬质合金,采用扫描电镜分析、光学金相检测、显微硬度试验、钴磁检测、矫顽磁力检测和抗弯强度检测等方法,对比研究了低压烧结和真空烧结制备的硬质合金的显微组织和性能。结果表明,与真空烧结相比,低压烧结有效地降低了合金的孔隙度,增大了合金的密度,提高了合金的综合性能;低压烧结对合金的组织和性能的影响程度与原料WC粒度有关,低压烧结对粗颗粒WC为原料的合金的综合性能提高不明显。