超粗晶硬质合金的研究现状与发展趋势

基于超粗晶硬质合金具有优异的耐磨性、抗冲击性、抗热疲劳性等特点,在煤炭采掘、矿物开采、隧道掘进、路面养护等领域表现出色,成为近年来硬质合金材料领域重点研究对象。本文对比了超粗晶硬质合金晶粒度的评判标准,综合评述了国内外超粗WC粉末制备技术和超粗晶硬质合金制备技术方面的研究成果,指出超粗晶硬质合金的技术发展趋势为特粗低钴硬质合金的制备技术及粘结相相强化技术。     

碳含量对粗晶硬质合金性能的影响

通过对粗晶合金性能的检测和金相组织的观察,研究了碳含量对粗晶硬质合金性能的影响。结果表明,碳含量对粗晶硬质合金性能有明显的影响;本实验条件下的合金,通过控制较高的碳含量,可得到兼有高硬度和高韧性的粗晶合金。     

超粗晶硬质合金截齿的层状剥落

本文主要探讨采煤机用截齿在使用过程中的失效行为。重点研究焊接于截齿顶部的超粗晶硬质合金齿的"层状剥落"现象,探讨层状剥落出现的原因及其形成机理。分析表明:在采煤过程中,超粗晶硬质合金的热疲劳是导致其失效的主要原因之一,合金的热疲劳及超粗WC晶粒之间粘结相的先期去除是层状剥落形成的主要原因。通过适当增加合金中WC的平均晶粒度、采用特定手段强化合金中的Co相将有效减缓或避免超粗晶合金层状剥落现象。     

含添加剂Cr3C2/VC超粗晶WC-Co硬质合金的疲劳行为及失效机理

利用三点弯曲疲劳实验,研究了Cr₃C₂和VC添加对超粗晶硬质合金疲劳性能的影响规律和机理。超粗晶硬质合金的疲劳寿命随着循环载荷的增加呈指数型下降,随应力比的增加明显增加;少量Cr₃C₂的添加可有效提高超粗晶硬质合金的抗弯强度和抗疲劳性能,其原因是少量Cr₃C₂的添加可实现Cr原子对Co相的固溶强化、抑制fccCo向hcp-Co的相转变、使WC晶粒边角圆化缓解应力集中;而VC的添加则降低了合金的抗弯强度和疲劳断裂时的最大循环次数,是VC的添加易于在界面处形成脆性的层状组织(W,V)C_x降低界面结合强度、使WC晶粒边界呈锯齿状易于产生应力集中所致。     

粗晶碳化钨粒度对WC-Co合金晶粒度的影响

选用供应态分别为30μm和12μm的二种粗颗粒WC粉末,研究不同方法表征的粉末粒度与合金晶粒度的关系。结果表明:三种粉末粒度测定方法给出的结果都呈现粒度越粗合金的晶粒度也越粗的规律。粗颗粒WC的研磨态粒度与合金的晶粒度相当接近,金相法测得的12μmWC的晶粒分布与所制备的合金的晶粒度的一致性比30μmWC制备的合金要好。粗晶WC研磨态的Fsss粒度可以用于评价粗晶WC晶粒度,也可以预测WC-Co合金的晶粒度。     

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。     

梯度超粗晶硬质合金的制备与组织性能研究

本文报道了一种制备梯度超粗晶硬质合金的新方法:结合初始WC-Co硬质合金棒料的成分设计和区域熔炼处理工艺,制备了显微组织和性能连续梯度分布的硬质合金棒料。对制备的梯度硬质合金棒料分别表征分析显微组织结构、晶粒尺寸、Co含量变化和硬度分布等,结果表明:沿着硬质合金棒料的轴线方向,WC晶粒尺寸范围为14.95~25.09μm,Co的质量分数变化为3.0%~12.5%,硬度变化范围为8 100~9 800 N/mm2。本文提出的新方法实现了梯度结构和超粗晶组织的有效结合,可赋予硬质合金棒料不同部位以不同特征的力学性能。     

Cr、V、RE添加剂对特粗晶与超粗晶硬质合金微观组织与性能的影响

利用特粗晶与超粗晶硬质合金粗大粘结相平均自由程以及粗大WC原料粉末的特性,研究单一Cr、V以及Cr-RE与V-RE添加剂对特粗晶与超粗晶WC-Co合金微观组织结构、物理力学性能以及合金中Co粘结相纳米压痕力学性能的影响。结果表明,在此合金体系,Cr的加入可使合金保持微观组织结构均匀、WC晶粒粗大以及高韧性的特性,而且可使Co粘结相纳米压痕硬度HV2 mN提升了20.5%;V的加入使合金中WC晶粒大小出现明显两极分化,并显著降低合金韧性;微量混合稀土(RE)对V和Cr在合金中的作用行为影响不显著;合金矫顽磁力、硬度以及Co粘结相弹性模量对合金成分变化不敏感。     

一步还原包裹粉工艺制备WC-Co超粗硬质合金

以费氏粒度为4.1μm的WC粉末和CoCl_2·6H_2O、(NH_4)_2C_2O_4·H_2O为原料,将钴粉制备过程与粉末混合过程相结合,一步还原制备WC-Co包裹粉,并以包裹粉为原料成功制备了WC-8%Co(质量分数)超粗硬质合金。借助扫描电镜、X射线衍射仪、化学元素分析仪、力学试验机等分别对WC-Co复合粉末及硬质合金的微观形貌、物相组成和性能进行表征与分析。结果表明,一步还原法制备的WC-Co包裹粉末中,Co为fcc和hcp双相结构,Co相呈树枝状包裹在WC粉末表面。由该包裹粉制备的硬质合金组织结构均匀,综合性能优异,合金平均晶粒尺寸为8.9μm,密度14.63g·cm~(-3),硬度87.6HRA,抗弯强度2438 MPa,断裂韧性20.92 MPa·m~(1/2)。一步还原包裹粉工艺克服了传统湿磨工艺混料过程中WC粒度显著减小的问题,晶粒度可控性好,且工艺流程简单,有潜在的工业应用价值。     

WC-Co硬质合金中WC变粗的机理

<正>硬质合金的碳含量在WC晶粒的生长方面扮演着重要的角色。众所周知,含碳含量低的WC-Co硬质合金因为粘结相中的W浓度很高从而能够有效抑制WC的粗化。然而,目前对这种现象的形成机理还不是很清楚。德国Element Six Hard Materials,Element Six GmbH的I.Konyashin等人从活化能的角度研究液相烧结中WC粗化机理。他们用超粗WC粉末和10wt%Co粉混合,再加入钨粉或炭黑调节碳含量,经充分球磨并烧     

球磨时间对粗晶钨钴合金WC晶粒尺寸分布与WC邻接度的影响

本文选取钴含量分别为3％、8％、18％、26％的粗晶硬质合金混合料进行球磨,在球磨时间为15、16、17 h时取出混合料制成四组每组3批硬质合金样品,研究球磨时间对粗晶硬质合金WC晶粒尺寸分布及WC邻接度的影响,结果表明,同组粗晶硬质合金的WC晶粒尺寸分布曲线随着球磨时间的增加逐渐向左偏移,分布曲线的右支变得更陡,WC...     

WC-Co硬质合金中的添加剂

综述了WC-Co硬质合金中的添加剂,添加机制和添加方式对硬质合金性能的影响。重点讨论了碳化物添加剂。介绍了一些其他的添加剂及添加工艺。     

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。     

WC-Co硬质合金材料的纳米稀土改性

本文简要综述了哈尔滨工业大学纳米表面工程课题组最近十年来在硬质合金材料纳米改性方面的一些研究成果。稀土对硬质合金性能有明显的改善作用,但大多数研究都是在硬质合金中加入微米级的稀土。纳米表面工程课题组利用纳米材料的小尺寸效应、表面和界面效应等特征,通过向传统的WC硬质合金粉末料中(其中Co的质量分数为8%和11%)加入微量纳米级(50 nm)稀土改性剂进行强韧化改性,分别利用真空烧结和放电等离子烧结得到硬质合金块体。与现有的其它同成分硬质合金对比分析,纳米稀土改性后硬质合金的性能得到显著地提高,达到了既不提高很大成本又能提高使用性能的目的。     

纳米TiN对WC-Co硬质合金组织和力学性能的影响

采用真空烧结方法制备添加纳米TiN的WC-Co硬质合金材料,研究不同添加量纳米TiN对硬质合金组织和性能的影响。结果表明:纳米TiN添加量未超过1%(质量分数)时,纳米粒子主要分布在晶界和相界处,可明显改善WC-Co硬质合金组织结构,并使硬质合金的抗弯强度和硬度得到提高。添加纳米TiN,不利于改善硬质合金的断裂韧性。纳米TiN添加量为1%时,材料的综合力学性能最好:抗弯强度1493MPa,硬度92.5,断裂韧性12.1MPa·m1/2。     

两相WC-Co硬质合金的成分

由理论分析和实验数据推导了两相WC-Co硬质合金γ相磁饱和与钨浓度的关系及合金成分与合金密度和磁饱和的定量关系。结果表明,兼用密度和磁饱和测量值用解析法能精确计算WC-Co合金的成分;两相区下限合金碳含量及WC+γ两相区碳含量宽度不仅和真实钴含量有关,还取决于两相区下限γ相中的钨浓度。     

真空－气压烧结WC—Co硬质合金的研究

以真空－气压烧结炉为主要手段，研究了ＷＣ—Ｃｏ硬质合金在真空烧结中的行为及气压烧结的作用。结果表明：ＹＧ８牌号的硬质合金的真空烧结起始于约９４０℃，终止于约１４２０℃，其真空烧结机理为相界反应控制的“溶解－淀析”过程。采用气压烧结工艺后，材料各方面性能均有明显改善。