超细硬质合金烧结过程中WC晶粒三维形貌的变化

采用粉末冶金工艺制备了无晶粒生长抑制剂和添加晶粒生长抑制剂VC的WC-6.5%Co超细硬质合金。利用JSM5600LV扫描电镜观察不同烧结温度条件下制备试样的WC晶粒三维形貌。结果表明:在烧结温度为1 360℃到1 500℃范围内,无晶粒生长抑制剂的合金中,WC晶粒的形貌会从多面体演变为截角的三棱柱;添加晶粒生长抑制剂的合金中,WC晶粒的形貌会由层状结构转变为尖角三棱柱结构。晶粒生长抑制剂的添加,不仅减缓了W/C的溶解-析出过程,而且改变了W/C原子的析出方式。WC晶粒的各个晶面生长速率不同,引起了其晶体三维形貌的变化。对于添加抑制剂的合金来说,在较低温下烧结并延长保温时间不能使晶粒形貌发育充分,只有提高烧结温度,WC晶粒才能发育成完整的尖角三棱柱。     

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。     

WC-Ni_3Al合金烧结过程WC晶粒生长行为的研究

本文以WC-36%Ni3Al(文中百分含量如无特殊说明,均为体积分数)合金体系为研究对象,采用传统粉末冶金方法制备出WC-36%Ni3Al和WC-36%Co复合材料,用带能谱分析的扫描电子显微镜观察试样腐蚀后的区域,用EDS检测粘结相的化学组成,采用透射电子显微镜在高倍条件下观察WC形貌特征,研究了2种不同粒度WC在Ni3Al液相基体中的晶粒长大行为。结果表明,在碳饱和条件下烧结后,粗细WC晶粒表面都出现了明显的刻面台阶;细粒度WC晶粒的异常长大得到抑制,这与WC在Ni3Al基体中的低溶解度有关。由于WC晶粒的两个惯习面具有不同的表面能,随着烧结时间的延长,粗粒度WC晶粒平均粒径不断增大且发生取向生长而形成了粗大的WC。     

含板状WC晶粒硬质合金制备方法的研究

以市售W粉,Co粉和石墨粉末为原料,采用普通工艺制取WC-12wt%Co合金。合金显微组织正常,含有大量板状WC晶粒。研究表明,使用板状W颗粒粉末、提高烧结温度和延长烧结时间都有助于合金中板状WC晶粒的形成。     

烧结温度和时间对WC-24%Co硬质合金的WC晶粒形貌影响

本文以双峰粒度分布的粗晶WC为原料,研究了烧结温度和时间对高钴粗晶WC-24%Co硬质合金的WC晶粒形貌的影响规律,结果表明:随着烧结温度的降低,W和C原子迁移能量位垒增高,W和C原子的扩散速度降低,从而降低了液相烧结过程中的WC晶粒的生长速度,导致粗WC晶粒尺寸明显减小,WC晶粒形貌从具有棱角形貌转变成圆钝形貌,细WC晶粒的形貌从三棱柱向球形形貌转变。相应地,在1 450℃烧结温度下延长保温时间,WC晶粒进一步生长,WC晶粒有生长成平衡态形貌(截三棱柱)的趋势;在1 350℃烧结温度下延长保温时间,WC晶粒出现了层-层结构台阶形貌。     

具有“圆形”WC晶粒的硬质合金

<正>硬质合金是基于液相烧结过程进行生产的,在液相烧结时,溶解/再析出过程导致WC晶粒长大和低能棱柱界面形成,这样的棱柱形晶粒具有尖锐的棱角,在加载负荷时,导致了拉应力的集中,结果促进了裂纹的产生和扩展。烧结合金微观结构中的WC晶粒趋于“圆形”可减少裂纹(特别是由于热冲击产生的裂纹)的敏     

超细晶粒WC—Co硬质合金的剪切模压成型工艺

采用剪切模压新工艺成型,通过真空烧结制备出了超细晶粒ＷＣ－Ｃｏ硬质合金。研究了不同成型剂的特性、成型剂的配比、加入量以及压制力对剪切模压成型的影响。研究结果表明,采用剪切模压成型工艺可获得很高的成型质量,从而制备出具有较好物理力学性能的超细ＷＣ－Ｃｏ硬质合金。     

稀土对硬质合金中WC晶粒度和碳的影响

本文通过稀土对不同晶粒度硬质合金中WC相的影响研究,结合稀土对合金中碳的影响,首次提出稀土对硬质合金的WC晶粒度影响由二个细化作用和一个促进长大作用共同决定.     

球磨参数对纳米WC晶格畸变和烧结晶粒长大的影响

配置成分为WC-10%Co混合料,采用不同球料比(6:1与18:1)、不同球磨时间(4、8、16、32、48和72 h),以酒精为介质滚动球磨,干燥后压制成尺寸为6.5 mm×5.25mm×20 mm的试样,然后在H_2气氛下在1 340℃烧结,得到硬质合金试样,通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)等分别研究混合料中WC晶粒尺寸、内应变和晶格畸变等与球料比、球磨时间的关系。结果表明:(1)对于纳米级WC粉末,实验中的球磨过程不能破碎其晶粒;(2)随球磨时间延长,WC晶粒的内应变与晶格畸变呈先快后慢的增长方式,球料比越大,增速转折点越早出现;晶格的具体畸变形式与球料比相关;(3)在球料比6:1混合料中WC颗粒内发现"泊松效应";(4)在较低的内应变和WC邻接程度情况下,烧结早期WC晶粒合并长大所需的能量势垒较高,能够有效抑制WC晶粒早期长大。     

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。     

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。     

烧结温度对含钽双晶硬质合金组织和性能的影响

同时采用不同粒度WC原料制备WC-TaC-Co硬质合金,并在不同的温度下进行烧结。研究表明:合金主要由两相组成,晶粒大小相间。所测硬度、密度和矫顽磁力随温度升高先升后降,抗弯强度随烧结温度升高而略有升高,但变化不明显。烧结温度为1450℃保温1.5h时,合金的综合性能达到最优,维氏硬度(HV30)为1668.8,抗弯强度为988MPa,密度为14.87g/cm3,矫顽磁力为15.2kA/m,此时Ta元素对WC晶粒的抑制效果最佳,晶粒尺寸达到0.75μm±0.33μm。     

新成型剂挤压棒材烧结工艺研究

本文以含钴10wt%的超细晶粒硬质合金挤压棒材为研究对象,采用一种新型超细硬质合金挤压成型剂,研究了不同总碳含量的原料、升温梯度及烧结气氛对合金棒材质量的影响,通过磁性能检测、金相观察及力学性能检测分析了棒材的综合性能。实验结果表明,选择相匹配的烧结气氛、升温梯度及合适的总碳含量原料,烧结后对试样进行热等静压处理,可以得到综合性能优异的挤压棒材,其抗弯强度大于3500MPa,洛氏硬度大于92.0。     

Sintering of WC-Co powder with nanocrystalline WC by spark plasma sintering

A 92WC-8Co powder mixture with 33 nm WC grains was prepared by strengthening ball milling and was then sintered by spark plasma sintering （SPS） at 1000-1200℃ for 5-18 rain under 10-25 kN, respectively. Movement of the position of low punch shown shrinkage of the sintered body began above 800℃. The shrinkage slowly rose as the temperature rose from 800 to 1000℃ and then quickly rose at above 1000℃ and then gradually rose at above 1150℃. The densities of the samples increased with an increase in sintering temperature, rapidly below 1100℃, and then gradually above 1100℃. WC grains grow gradually with increasing sintering temperature. The powder was sintered to near full density at 1100℃ for 5 rain under 10 kN. The best result of the sample with 275 nm WC grains and no pores was obtained at 1150℃ under 10 kN for 5 rain. The research found the graphite die had a function of carburization, which could compensate the sintered body for the lack of carbon, and had the normal microstructure.     

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。     

烧结工艺对脱β层厚度及性能的影响

改变硬质合金烧结工艺控制的几个关键因素,通过测量合金的理化性能,利用扫描电镜分析合金的内部结构,研究了烧结气氛(真空,N_2)、烧结温度、烧结压力对硬质合金梯度结构和机械性能的影响。结果表明,对于含氮硬质合金的梯度烧结,适时引入一定量的氮气可抑制合金中含氮物质的早期分解,可用氮压来控制梯度增长速率,烧结气氛中氮气压力适宜控制在100～200 mbar;随着烧结温度的提高,合金的致密度和脱β层梯度厚度增加明显,合金抗弯强度增加;随着烧结压力的增大,合金脱β层梯度厚度变薄。     

WC粒度分布对WC-Co硬质合金力学性能影响的模拟分析

本文旨在建立基于WC-Co硬质合金真实微观组织的力学性能预测有限元分析方法,进而分析WC颗粒粒度分布对微区变形和力学行为的影响。实验设计和制备了具有Co含量相同,WC晶粒分布均匀和非均匀的两种WC-Co硬质合金,并进行维氏硬度测试和用SEM进行组织观测。通过对合金组织的SEM形貌照片进行WC颗粒边界的重构,建立WC和Co两相真实组织的二维有限元模型。通过有限元模拟对两种合金的弹性模量、泊松比和强度等力学性能进行预测和微观变形机理分析。有限元模拟结果表明均匀合金强度高于非均匀合金,与实验测试的硬度所揭示的规律相吻合。对微观变形机理分析揭示了均匀合金应力分布更均匀是强度较高的主要内在机理,而WC/WC邻接界面的应力集中是弱化力学性能的主要机制。     

WC碳量对高钴硬质合金性能与硬质相晶粒度的影响

本文通过选用碳含量不同的WC原料配制成4组WC-22%Co高钴硬质合金,采用物理性能检测、光学金相等分析方法,对比研究了不同碳含量WC对WC-22%Co高钴硬质合金烧结后的性能和硬质相粒度的影响。结果表明:在所有方案中,原料WC中碳质量分数为5.97%时,合金抗弯强度最高,达到2 590 MPa,但合金金相组织不均匀,粗大WC晶粒数量较多,WC粒度分布最宽;随着原料WC碳含量的增加,合金金相组织趋于均匀化,粗大晶粒数量逐渐减少且WC晶粒粒径离差系数同步减小,并在WC碳质量分数为6.14%时WC晶粒粒径离差系数出现最小值,为0.475 7。