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。     

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。     

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。     

过渡族金属碳化物在WC-Co硬质合金中的界面偏析与固溶行为

过渡族金属碳化物是最常见的硬质合金微观组织结构与性能调控添加剂,添加剂在硬质合金中赋存状态的研究是WC晶粒生长抑制机理研究的基础,也是硬质合金材料与工艺设计的基础。从基于第一性原理计算的理论研究、基于高分辨透射电镜和原子探针层析法的实验观察分析等2个方面,综述了过渡族金属碳化物在WC/β(钴基固溶体粘结相)相界偏析行为的研究现状。基于过渡族金属碳化物在硬质合金中晶界与相界的偏析行为、在硬质相与粘结相中的固溶行为,讨论了硬质合金中WC晶粒生长机理与晶粒生长抑制机理以及过渡族金属碳化物对硬质合金性能的影响机理,提出了硬质合金材料与工艺设计的建议。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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℃。     

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。     

WC-Co超细硬质合金微观结构对其性能的影响

介绍硬质合金微观结构对硬度、强度影响的相关研究进展,探讨孔隙率、碳含量、晶粒大小、粘结相以及界面性质等微观结构因素差异引起硬质合金的宏观力学性能的变化,探索高性能超细WC-Co硬质合金的制备技术的研究进展和发展趋势。     

超粗晶WC-Co硬质合金的研究现状

超粗晶硬质合金是一类性能优异的新型合金,广泛用于采矿、凿岩、轧辊等领域,应用前景广阔。化学包覆法和纳米粉末溶解法是超粗晶WC-Co硬质合金制备的主要方法,介绍了超粗硬质合金原料WC颗粒平均粒度选择的动力学理论,碳含量对超粗合金中WC晶粒生长粗化的影响以及通过引入其它元素强化粘结相以提高合金寿命的探索结果。此外,分析了以合金硬度为常数时,晶粒尺寸与合金性能的关系,指出在保持合金硬度不变时,通过增大WC晶粒尺寸来提高合金的耐磨性和韧性是可行的。最后,展望了超粗晶合金的发展方向。     

纳米晶硬质合金进展

主要对纳米晶硬质合金研究中的几个热点领域 :纳米粉体制备 ,晶粒长大控制 ,低温烧结新型粘结剂等的发展状况进行了分析 ,并指出其中存在的主要难点问题 ,同时还对这些问题的解决途径和发展趋向进行了展望。     

Ni3Al添加量对WC-Co硬质合金中WC晶粒形状的影响

采用粉末冶金制备技术,以粗WC粉末、Co粉和WC＋Ni3Al预合金粉末为原料制备出WC-40vol％（Co—Ni,Al）硬质合金。利用扫描电镜和透射电镜研究了不同NbAl含量对WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中WC晶粒形状的影响规律。结果表明：W在Co粘结相中的固溶度接近25．4wt％,而W在Ni,Al粘结相中的固溶度接近9．5wt％,随着NbAl含量的增加,粘结相对W的固溶度减小,合金中的WC晶粒圆钝和细小;WC晶粒表面上出现明显的台阶。相应的,延长烧结时间,WC—Co—Ni3Al硬质合金具有与WC—Co硬质合金相同的WC生长行为,WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中的WC晶粒表面上的台阶处出现明显的刻面。     

Microstructural study on the grain growth inhibition of VC-doped WC-Co cemented carbides

Recent works investigating the grain growth inhibition mechanism by rapidly quenched VC-doped cemented carbides are reviewed. The rapid quenching enables to observe microscopic features at the sintering state of cemented carbide. The formation of (W,V)C_x layers at WC/Co interfaces has already occurred during liquid phase sintering which control the grain growth rate. The structure and thickness of (W,V)C_x layers are related to the lattice coherency between (W,V)C_x and WC grains. The difference in the interface structure with different carbon content results in the difference of grain growth rate.     

粗晶硬质合金的研究进展

随着粗晶硬质合金的应用越来越广泛,对粗晶硬质合金的相关机理以及制备方法的研究越来越受到重视。本文概述了粗晶硬质合金在使用过程中的裂纹扩展应力松弛、WC塑性变形增强、钴相平均自由程增加、抗热效应增强等几种强化机理,综合分析了国内外在粗晶硬质合金制备技术方面的研究现状,重点介绍了轻度球磨法、钴相包裹法、纳米粉末溶解-再沉淀法等混合料制备方法和烧结工艺方面的研究进展。提出了粗晶硬质合金的研究及发展方向--研究评估粗晶硬质合金性能的指标体系以及开发先进的制备工艺。     

WC硬质合金颗粒堆焊烧损的机理

采用扫描电镜、X射线衍射及电子探针等测试分析手段,研究了WC硬质合金堆焊过程的熔化烧损特征和机制。试验结果表明,堆焊过程中不可避免WC硬质合金的烧损,烧损的基本特征是硬质合金边缘的粘结相熔化、碳化物颗粒的增大、单晶WC之间的间距增加。硬质合金烧损形式主要有颗粒边缘熔化、溶解烧损、合金元素的扩散和反应烧损。硬质合金烧损的机理为硬质合金边缘的碳化物产生分解,与胎体金属之间发生元素扩散。形成具有一定浓度梯度的扩散层,扩散层外沿原子浓度高的区域发生组织变化,形成新的化合物,降低硬质合金的性能,烧损的程度与硬质合金的种粒、粒度、含量以及堆焊方法等因素有关。