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。     

碳化物抑制剂在硬质合金中的应用与研发现状

碳化物抑制剂的添加可细化WC晶粒，使合金获得优异的综合性能。本文围绕碳化物抑制剂在硬质合金中的添加展开文献调研，对碳化物晶粒抑制剂的种类、抑制机理、添加量和固溶量等方面进行了综述，并对抑制剂元素在晶界处偏析行为及其三维模型、热力学计算和实验得到各抑制剂元素在Co相和Ni相中的溶解度做了重点描述。未来开展晶粒抑制剂抑制机理的研究应多考虑结合热力学计算，以期加快新型超细硬质合金的研发。     

晶粒长大抑制剂在硬质合金中的应用概况

硬质合金在烧结过程中晶粒容易长大,近年来国内外对硬质合金中添加剂进行了许多研究。本文综述硬质合金晶粒长大抑制剂的抑制机理、加入方式、影响晶粒长大抑制剂抑制效果的因素。介绍了过渡族碳化物、稀土、B和P、Cu和Mo等抑制剂及其它们对合金性能影响,以及晶粒长大抑制剂复合添加、新的制备方式与新的抑制剂的开发。     

无粘结相WC硬质合金的研究进展

无粘结相WC硬质合金(Binderless tungsten carbide, BTC)是WC硬质合金领域的研究热点,BTC具有较高熔点及良好的耐腐蚀性,与WC-Co等金属作为粘结剂的WC硬质合金相比,更适宜应用于高温、腐蚀性强等恶劣环境中。同时,BTC还具有高硬度以及良好的耐磨性等优异性能,是具有应用潜力的硬质合金材料。但是,其致密化温度高,采用传统的烧结方法很难使其致密化,在烧结过程中易发生晶粒异常长大,韧性较低。因此,一些研究人员将金属碳化物、金属氧化物以及碳材料等非金属添加剂加入其中,用于改善BTC的烧结性能、抑制烧结过程中的晶粒长大现象以及改善其力学性能,相关研究已经取得了一定进展。本文从BTC材料的分类、性能、制备方法、应用等方面对BTC的相关研究成果进行综述。在BTC分类中主要介绍不同陶瓷结合剂的添加对其性能的影响,对比了不同种类的BTC的性能差异,介绍了制备BTC材料常用的传统及先进的烧结技术。     

传统硬质合金晶粒生长抑制机理面临的挑战及其突破途径

介绍了传统硬质合金晶粒生长抑制机理-吸附机理与溶解度机理所面临的挑战以及硬质合金晶粒生长抑制机理研究的突破途径。指出,VC+Cr3C2+Ln(稀土)新型高效晶粒生长复合抑制剂的开发与V-Cr-Ln自润滑功能基元的最新发现为硬质合金晶粒生长抑制机理研究与功能导向高性能超细硬质合金研发提供了获得重要突破的可能,抑制剂掺杂硬质合金烧结过程中合金组元之间的溶解与界面偏析协同行为研究是晶粒生长抑制机理、合金强韧化机理以及稀土掺杂硬质合金服役过程中稀土定向迁移机理研究的关键环节与亟待解决的重要科学问题。同时也介绍了抑制剂掺杂硬质合金烧结过程中合金组元之间溶解与界面偏析协同行为的研究方法与研究意义。     

硬质合金中的晶粒长大抑制剂

综述了过渡族元素碳化物的种类、含量、加入方法对硬质合金晶粒长大抑制效果的影响,指出了它们的不足之处,介绍了其他一些具有细化晶粒作用的抑制添加剂,报道了最近的研究结果。     

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.     

工艺参数对无粘结相硬质合金性能的影响

无粘结相硬质合金是一种特殊的硬质合金,它不含金属粘结剂。本文着重论述了原始WC平均粒度、晶粒长大抑制剂加量、热等静压处理和烧结气氛等工艺参数对无粘结相硬质合金的性能的影响。     

纳米硬质合金制备技术的研究

研究了 WC-Co纳米硬质合金的制备技术。采用强化球磨、添加晶粒长大抑制剂和低温加压烧结工艺 ,获得了 WC晶粒度接近 2 0 0 nm的硬质合金。研究了 VC和Cr3 C2 两种抑制剂加入量对合金组织、WC晶粒度和性能的影响以及抑制晶粒长大的机理。研究结果表明 ,添加 VC和 Cr3 C2 晶粒长大抑制剂十分有效的抑制了晶粒的长大 ,合金中的 WC晶粒度随抑制剂加入量的增加而细化。但过多的抑制剂不仅会导致碳化物在 WC/Co晶界上大量析出 ,而且也会增加孔隙度 ,结果增加了合金脆性 ,降低了合金的强度 ,其有害影响 VC比 Cr3 C2 更大。采用加压烧结可消除合金中的孔隙提高合金的强度。     

硬质合金弯曲疲劳性能研究

制备5种不同WC晶粒度和粘结相含量牌号硬质合金试样,其中牌号A～D试样进行3点弯曲疲劳S-N曲线测试,试验表明硬质合金低周疲劳性能与横向断裂强度具有一致性,高粘结相含量试样在同应力疲劳循环次数波动性小于低粘结相含量硬质合金。对疲劳断裂试样进行断口形貌特征分析,低晶粒度和低粘结相硬质合金疲劳裂纹出现在WC晶粒聚集或粗大WC晶粒处,断口形貌特征与静态断口形貌特征相似,疲劳特征不明显。大晶粒度和高粘结相硬质合金疲劳特征明显,粘结相Co出现较多韧窝,表面出现疲劳条纹,随循环周次增加,疲劳条纹越窄,粘结相Co韧窝串联,无法维持对WC颗粒粘连,导致其碎裂和剥落。同一应力水平作用下,随循环周次的增加粘结相Co受到的塑性变形越大,韧窝特征越明显,WC晶粒破碎或剥落越严重,孔隙越多。另对牌号A和牌号E不同工艺制备的试样进行同一应力下疲劳性能对比试验,结果表明不同的制备工艺与处理工艺对硬质合金疲劳性能有较大影响,且与后续使用性能有较强的对应性。     

Role of Co Content on Densification and Microstructure of WC–Co Cemented Carbides Prepared by Selective Laser Melting

WC–Co cemented carbides, well-known as the conventional tooling materials, have not been successfully produced by one step additive manufacturing processes such as selective laser melting(SLM) yet. The microstructure evolution as well as WC grain growth behavior has rarely been investigated in detail during SLM process. In this study, the WC–Co cemented carbides with different Co contents(12–32 wt%) were prepared by optimized SLM processes for comparative investigation of densification behavior, microstructure characterization and mechanical property. The increase in Co content in feedstock carbide granules can improve the densification behavior during SLM process. The SLM processed WC-12 Co shows larger average WC grain size and higher percentage of coarser WC grains as compared with both WC-20 Co and WC-32 Co. The microstructure characterization, combined with finite element simulation, shows the WC grain growth mechanisms include agglomeration and dissolution-deposition of WC during SLM process and agglomeration of WC is an important mechanism especially for WC–Co cemented carbides with Co content as low as 12 wt%. The comparison between horizontal(perpendicular to the SLM laser beam) and vertical(parallel to the SLM laser beam) cross sections of carbides shows that SLM process introduces a certain degree of microstructure and mechanical behavior anisotropy for WC-12 Co, WC-20 Co, and WC-32 Co.     

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.     

WC-Co硬质合金的弹性性能

综述了WC-Co硬质合金弹性性能的预测模型,并计算了硬质合金不同Co含量时的弹性性能参数值,并对不同的模型的预测值与文献中的测量结果进行了比较。采用引入WC晶粒邻接度C的Golovchan模型计算的WC-Co硬质合金的弹性模量值,相比Voigt-Reuss模型和Hashin-Shtrikman模型,更接近于实测值。而泊松比的值相对偏低,但可以采用Hashin-Shtrikman模型的泊松比上限确定泊松比的值。另外,给出了弹性模量的实验测定方法标准。这为硬质合金重要弹性参数值的确定提供了实验测定和理论计算的依据。     

采煤机截齿用WC—Co合金的磨损,强度与断裂

综述了采煤机截齿用ＷＣ－Ｃｏ硬质合金的磨损行为与机理、影响抗弯强度的各种因素、断裂韧性与粘结相平均自由程的关系以及断裂的不同方式。认为磨粒磨损、冲击疲劳和热疲劳是截齿的主要失效形式，并指出硬质合金中ＷＣ晶粒的邻接度、晶粒尺寸以及粘结相结构的控制是目前提高截齿寿命的主要方向。     

晶粒长大抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金性能的影响

在复合抑制剂(VC/Cr3C2)的基础上,添加了不同配比的TaC,研究了TaC对超细WC-9%Co硬质合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:添加不同配比的TaC制备的WC-9%Co硬质合金的硬度随着TaC质量分数的增加先增大后减小;TaC的加入降低了W在Co相中的固溶度,从而抑制了晶粒长大。在本实验范围内,在复合抑制剂(VC/Cr3C2)质量分数为0.6%的基础上添加质量分数0.3%的TaC,经1 390℃真空烧结后,制备的超细WC-9%Co硬质合金硬度为93.5 HRA,TRS为2 370 MPa,致密度为99.5%,磁饱和强度为13.29 G.cm3/g,矫顽磁力为31.86 kA/m,此时具有较佳的综合力学性能。     

我国钛合金的发展现状──评第八届全国钛合金学术交流会

探讨了淬火热处理对ＷＣ－ｃｏ硬质合金性能影响的机理。查明了淬火既改变ＷＣ－ＣＯ合金γ相的成分和合金的应力状态，也改变合金的显微结构参数（其变化程度与ＷＣ的平均晶粒度有关）。考查了Ｗｅ－Ｃｏ合金淬火效果在合金制品实际应用过程中的稳定性从而指出了ＷＣ－Ｃｏ合金淬火热处理的实用意义。     

Carbide grain growth in cemented carbides sintered with alternative binders

Cemented carbides are composites made of a hard refractory ceramic phase and a ductile binder, most commonly WC and Co, respectively. Since the use of cobalt in the hard metal industry is questioned by the new European regulation on chemicals, extensive research has been done to develop new grades based on a Co-Ni-Fe binder. With similar mechanical, physical properties and affinity to C and W, nickel and iron are the best candidates for an efficient binder in cemented carbides. As mechanical properties are strongly dependent on the materials microstructure, and especially on the WC grain size, understanding the effect of the binder on the final microstructure is crucial.In this work, the carbide grain growth behaviour of WC-M alloys (M = Co, Ni, Fe) with different carbon contents is discussed from qualitative and quantitative microstructural analyses. Whereas grain growth is more or less inhibited in WC-Fe alloys, increasing carbon content promotes grain growth in WC-Co and WC-Ni alloys, with a slight abnormal grain growth in case of Ni binder. Different mechanisms for grain growth are discussed, in relation with the observed morphology of WC grains after sintering.     

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。     

含WB烧结硬质合金的组织结构和性能研究

将不同含量的WB粉末添加到传统成分的WC-Co粉末中,利用低压烧结技术制备了系列含WB的WC-Co型硬质合金,并对其物相组成、组织结构和力学性能进行了系统表征分析。研究发现,在低压烧结过程中WB与Co发生反应,生成了具有超高硬度的WCoB相,由此降低了粘结相Co对WC晶粒的隔离,增加了WC晶粒间的接触度,引起合金韧性下降。添加WB制备的硬质合金材料其摩擦系数更低,随WB添加量的增加,硬度和耐磨性明显提高,当WB添加量为30%(质量分数)时,制备的硬质合金材料的硬度达到19 000 MPa,其磨损速率仅为传统WC-Co硬质合金1/10。然而,添加WB的WC-Co合金的断裂韧性约为传统WC-Co硬质合金的83%~91%。     

含板状WC晶粒硬质合金的强韧化机制研究

通过加入2.5%板状WC晶种,制备含板状WC晶粒硬质合金,研究其强韧化机制。结果表明:WC晶粒的各向异性和形状改变诱导的Hall-Petch硬化是硬质合金硬度增加的主要原因。加入板状晶种后,裂纹在扩展过程中出现了明显的穿晶断裂和Co相桥接,增加了裂纹偏转,硬质合金的抗弯强度大大提高。不同Co含量和初始WC粉体粒度制备的含板状WC晶粒硬质合金,穿晶断裂、Co相桥接和裂纹偏转对抗弯强度增加的贡献不同。