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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

VC/Cr_3C_2及配碳量对WC-0.5Co超细硬质合金组织与性能的影响

以超细WC粉末和超细WC-6Co复合粉末为原料,添加VC/Cr3C2作为晶粒长大抑制剂,同时进行配碳,采用高能球磨和气压强化烧结制备晶粒度小于0.5μm的WC-0.5Co超细硬质合金,研究了不同VC/Cr3C2添加量及配碳量对其组织与性能的影响。结果表明:VC/Cr3C2有效抑制了烧结过程中WC晶粒的长大,显著提高了WC-0.5Co超细硬质合金的硬度。当VC/Cr3C2添加量为0.73%(质量分数,下同)时,合金的硬度(HV0.05)最高,达到32 658 MPa;同时一定的配碳量有利于控制合金中的脱碳,提高合金性能,当配碳量为0.2%时,WC-0.5Co-0.73VC/Cr3C2合金的综合力学性能最好,断裂韧性为6.935 MPa·m1/2,维氏硬度(HV0.05)为32 216 MPa。     

以镍和铁为粘结相的硬质合金中WC晶粒长大及其抑制

研究了在WC—10wt％Ni合金中添加(0～2)wt％的作抑制剂的碳化物(VC．Cr3C2，TaC，TiC和ZrC)，FSSS粒度为0．6μm的WC粉末(SEM平均粒度为0．351xm)的WC晶粒长大及抑制其长大的情况：在Ni粘结相硬质合金中，即使在抑制剂的添加量加大的情况下，合金的总碳对于WC晶粒长大仍是一个极其重要的因素：与低碳牌号相比，高碳合金的晶粒长大是非常显著的，这导致了硬度明显地降低：迄今为止VC被证明是WC—Ni硬质合金中最有效的晶粒长大抑制荆，紧接其后是TaC，Cr3C2，TiC和ZrC。硬度随添加量的增加而增加，但是达到最大值后硬度保持不变：在WC-Fe-(VC)合金上的试验表明在以Fe作粘结相的合金中，即使不添加抑制剂，WC的晶粒长大也会受到极其明显的限制：粘结相的化学性质极大地影响了WC晶粒的连续和不连续长大：其化学性质是由粘结相基体(Fe，C0，Ni)的性质、合金的总碳(这一点决定了粘结相基体的成分)以及抑制剂的添加量所决定的．     

超细硬质合金晶粒生长抑制剂VC、Cr_3C_2作用机理的研究

本文以液相复合-连续还原碳化方法制备的掺杂有VC和Cr3C2抑制剂的纳米复合WC-10Co粉末为原料,采用真空烧结+低压处理的工艺制备超细WC-10Co硬质合金,运用原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电镜(FESEM)确定VC和Cr3C2抑制剂在硬质合金中的分布,讨论其抑制晶粒生长的机理。一部分VC、Cr3C2抑制剂吸附在WC晶粒表面形成30nm～50nm的沉淀物,降低WC晶粒的表面能;一部分VC、Cr3C2溶解在Co相中,降低WC在液相中的溶解度;其余VC、Cr3C2沉积在WC晶界,从而有效地抑制WC晶粒的长大。     

超细晶硬质合金的发展

综述国内外近年来以 WC为基以 Co、Ni为粘结相的超细晶硬质合金的研究成果。介绍了添加限制 WC晶粒长大的抑制剂的种类、数量和加入时机、方法对合金的组织和性能的影响 ,以及与此相关的碳含量、粘结相含量、烧结温度和 HIP处理对其组织和性能的影响。同时 ,介绍了抑制剂限制 WC晶粒长大的机理。     

超细晶WC-10Co-VC-NbC硬质合金的组织与性能

通过球磨与真空烧结方法,制备了含VC与NbC的超细晶WC-10Co硬质合金.采用X射线衍射、扫描电镜和硬度及断裂韧性测试,研究了微量VC与NbC对超细晶WC-10Co硬质合金的组织与性能影响.结果表明,添加微量VC与NbC,能明显提高基体合金的硬度与断裂韧性,降低硬质合金中WC晶粒的长大,WC的平均晶粒尺寸从673 nm降低至430 nm.同时也减少了烧结过程中Co3W3C相的形成.     

抑制剂对WC-15wt%Co硬质合金性能的影响

研究了抑制剂的不同种类和添加量对WC-15wt%Co硬质合金性能的影响。添加抑制剂可以抑制烧结过程中的晶粒长大及非均匀长大,提高合金的各项性能。在原始WC粉末粒度较粗的合金中添加一定量的VC/Cr3C2,也可以制取WC晶粒度达到亚微米级的合金。     

WC—Co合金的固态烧结

本文探讨了常规烧结和场助烧结时WC－Co合金的固态烧结行为。在常规烧结中,纳米和超细WC－Co合金的密度比粗晶及细晶合金增加得更快。在纳米／超细和粗WC－Co粉之间出现最大致密化速率的温度差别在50℃以上。添加晶粒长大抑制剂特别是Cr3C2也能阻滞固态阶段的致密化。在场助烧结中,在更低的固态烧结温度下,WC－Co合金就可获得比常规烧结更高的密度。常规和场助烧结之间密度的差别随温度的增高而降低。     

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。     

TaC、Cr_3C_2对WC-Co硬质合金组织和性能的影响

研究了添加：TaC、Cr3C2对WC－10Co合金组织结构和性能影响，讨论了相关机理。结果表明，少量添加TaC（2－m％）、Cr3C2（0．44m％）可导致WC－10Co合金的WC晶粒明显细化’WC邻接度下降，γ相平均自由程减小，但强韧性有所下降；Cr3C2助长WC－10Co合金WC晶粒断续长大；TaC－WC固溶体耐碱蚀性差；合金断口中沿WC—WC品界脆断比例增加，TaC－WC固溶体晶粒倾向于穿晶劈裂。工艺中控制TaC、Cr3C2添加量、确保WC～Cr3C2粉碳化完善以及同时添加TaC、Cr3C2对确保合金材质至关重要。     

晶粒生长抑制剂在WC-Ni硬质合金粘结相中固溶度的实验研究

为了测定晶粒生长抑制剂在WC-Ni硬质合金粘结相中的饱和固溶度,为硬质合金热力学数据库的建立及其性能的优化提供必要依据,本文基于相图热力学计算,设计并制备了含晶粒生长抑制剂且粘结相含量高的WC-Ni合金试样。通过控制合金碳势使得合金试样中分别出现石墨相和相。利用LOM、BSE对合金试样的微观结构进行了分析。采用WDS-EPMA测定了硬质合金常用晶粒抑制剂Cr_3C_2、VC、Ta C、NbC及其复合物在WC-Ni合金试样粘结相中的饱和固溶度。结果表明,单独添加Cr_3C_2、VC、Ta C时,碳势对Cr、V、Ta、W的固溶度影响较大;单独添加NbC以及复合添加碳化物时,碳势对各元素的固溶度影响并不大。     

纳米晶WC-10Co复合粉末的烧结致密化行为

研究了机械合金化纳米晶WC-10Co复合粉末的真空烧结致密化行为和一般规律.结果表明:烧结温度的提高和烧结时间的延长有利于样品的烧结致密化过程,在1 275～1 300℃致密化速度快,在1 300℃,15 min左右致密化过程已基本完成;VC、Cr3C2等复合晶粒长大抑制剂含量的增加不利于致密化过程;新型晶粒长大抑制剂A可以更有效地阻碍晶粒长大;纳米晶WC-10Co-0.8VC/Cr3C2-0.2A复合粉末压坯在1375℃,30min烧结条件下,所得的密度为14.48 g/cm3,晶粒尺寸约为180 nm.     

添加VC与Cr_3C_2对超细晶硬质合金烧结过程的影响

系统研究晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2对WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中收缩率、相变温度和晶粒长大的影响。研究表明,WC-8%Co超细晶硬质合金的烧结收缩和致密化过程主要发生在固相烧结阶段,在液相出现前,合金的致密化程度已达到95%。晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2的加入,显著降低了超细晶硬质合金烧结过程中液相出现的温度,且不同程度地阻碍了WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中致密化的进程和速度。与未加入晶粒长大抑制剂的合金相比,其致密化的进程大约延迟80℃。     

WC-Ni和WC-Fe硬质合金中WC晶粒的长大及长大抑制

研究了WC-10wt%Ni硬质合金中WC晶粒长大行为,以及加入(0~2)wt%的碳化物抑制剂(VC,Cr3C2,TaC,TiC和ZrC)对晶粒长大的抑制作用。合金总碳含量是Ni粘结剂合金中WC晶粒长大的一个关键因素,即使添加大量抑制剂也是如此。与低碳合金比较,高碳合金中WC晶粒粗化更明显,从而使得硬度大大降低。VC是WC-Ni硬质合金最有效的晶粒长大抑制剂,随后依次是TaC,Cr3C2,TiC和ZrC。硬度随抑制剂的含量增加而升高,但是有一个最大值,一旦超过此最大值,抑制剂增加,硬度却大约相同。WC-Fe-VC硬质合金实验结果表明,在WC-Fe硬质合金中,即使未加抑制剂,…     

氧化铬对超细WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响

研究了氧化铬添加对超细WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响,重点是添加量和高能球磨时间对WC晶粒度、合金组织和合金性能的影响,并分析了氧化铬抑制晶粒长大的机理。研究结果表明:球磨细化了WC晶粒,提升了合金性能,但过分球磨则会导致合金中缺陷增加和WC晶粒的异常长大;抑制剂Cr2O3有效地抑制了晶粒长大,合金中的WC晶粒度随抑制剂加入量的增加而细化,但过多的抑制剂会导致缺碳相和孔隙度的增加,降低了合金的强度。因此适当的球磨和合适的Cr2O3加入量将会在生产低孔隙度、高硬度、高抗弯强度的超细硬质合金中发挥作用。     

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。