WC粒度对梯度硬质合金组织和性能的影响

由于不同材料的热膨胀系数不同,涂层在冷却过程中可能因为热应力不同而产生裂纹,表面富粘结相的梯度硬质合金基体因粘结相含量高,韧性好,能有效吸收裂纹扩展时的能量,延长涂层刀具的使用寿命。为了研究WC晶粒度对梯度硬质合金的组织及性能的影响,制备了三种WC粒度的硬质合金。采用XRD和SEM对梯度硬质合金的相成分、微观组织进行了分析。实验结果表明,三种WC晶粒度的硬质合金表面均形成了梯度层。随着WC晶粒度的增大,梯度层厚度减小,抗弯强度和断裂韧性增大。三种梯度硬质合金表层显微硬度分布趋势相似。当WC晶粒度较小时,梯度硬质合金无梯度的合金芯部断裂形式均以沿晶断裂方式为主,随着WC晶粒度的增加,穿晶断裂方式增多;梯度表层出现了Co相变形和撕裂形貌,存在蜂窝状的韧性花样。     

板状WC晶种加入对硬质合金性能的影响

通过加入板状WC晶种制备含板状WC晶粒的WC-10%Co和WC-20%Co硬质合金,研究了加入板状WC晶种对两种硬质合金显微组织和性能的影响。结果表明,加入板状WC晶种后硬质合金中的WC晶粒具有明显的板状特征,WC-20%Co中的板状WC晶粒比WC-10%Co多且尺寸大。少量晶种的加入对WC-10%Co和WC-20%Co硬质合金密度基本无影响,但两者的硬度和抗弯强度都有所增加,特别是抗弯强度分别提高了12%和11%。     

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。     

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。     

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.     

双峰WC制备的WC-6%Co粗晶硬质合金组织结构与性能关系的研究

本文以WC-6%Co硬质合金为研究对象,通过混合两种不同粒度的WC粉末获得双峰分布的WC粉末原料,研究了两组WC原料比例对WC-6%Co硬质合金组织结构和性能的影响规律,并对不同组织结构硬质合金中的WC晶粒生长、断口形貌进行了分析。结果表明:通过混合不同粒度的WC粉末,可以获得不同组织结构的粗晶WC-6%Co硬质合金,即均匀结构和非均匀结构硬质合金;粗晶WC-6%Co硬质合金中大WC晶粒因具有更大的生长驱动力而更容易粗化,粗大WC晶粒普遍是穿晶断裂;粗细WC晶粒在适当比例条件下,非均匀结构(双晶结构)硬质合金具有比匀晶结构更好的断裂韧性。     

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。     

添加Al_2O_3对粗晶WC-10%Co硬质合金力学性能和显微结构的影响

以超粗碳化钨粉和球形钴粉为原料,通过在粗晶WC-10%Co基体中加入细微Al2O3颗粒,通过低压烧结制备粗晶硬质合金。采用金相显微镜、扫描电子显微镜观察合金微观形貌,测定抗弯强度、冲击韧性、硬度等力学性能。结果表明:添加一定含量的Al2O3可以使硬质合金的晶粒细化,晶粒形貌趋向球化而且分布均匀,因为球化WC晶粒和较大的Co相平均自由程的存在使得裂纹产生偏转、分叉和不连续现象,从而提高硬质合金的抗弯强度,冲击韧性和耐磨性。添加是质量分数0.4%的Al2O3使合金的抗弯强度从2 492 MPa提升到2 832 MPa,冲击韧性从6.18 J/cm2提升到7.52 J/cm2。     

TiC对WC-13Co细晶粒硬质合金组织和性能的影响

以WC、TiC为硬质相,Co为粘结相,通过湿磨混粉、造粒、模压成形、气氛烧结制备硬质合金材料。通过X射线衍射、SEM、万能材料试验机等方法研究了TiC的添加量对细晶粒硬质合金组织和性能的影响。结果表明:添加TiC可以抑制W在Co中的固溶,提高合金的磁性钴含量;烧结过程中WC和TiC反应生成一种灰色的(Ti,W)C固溶体,具有较高的硬度,随着TiC含量的增加,合金的钴磁、硬度均升高而抗弯强度下降。在裂纹扩展过程中,(Ti,W)C固溶体可以使裂纹发生偏转,延长裂纹扩展路径,同时可以对裂纹起到钉扎作用,对合金有增韧作用。     

不同晶粒度硬质合金的磨削性能研究

本文通过磨削试验,从磨削功率、磨削比、磨削表面光洁度等方面研究了粗晶、细晶、超细晶粒三种含Co量相同的K类硬质合金的磨削性能。研究结果表明,上述三种硬质合金在各磨削参数相同的情况下,所消耗的磨削力、磨削能随硬质合金晶粒尺寸的增加而增大。同一砂轮对上述硬质合金的磨削比随晶粒尺寸的增加而增大。在磨料粒度与硬质合金粒度相当时,所加工表面的月。值随WC晶粒度的变粗而变差．     

Effects of fine WC particle size on the microstructure and mechanical properties of WC-8Co cemented carbides with dual-scale and dual-morphology WC grains

Dual-scale and dual-morphology WC grained WC-8Co cemented carbides comprising triangular or hexagonal fine WC grains and plate-like coarse WC grains were synthesized by vacuum sintering using Co, flaky graphite, WC, and coarse W as the starting materials. The effects of fine WC particle sizes on microstructure, relative densities, and mechanical properties of the dual-scale and dual-morphology WC grained cemented carbides were investigated. The results revealed that the growth of plate-like coarse WC grains was further promoted with the decrease in the particle size of the added fine WC; hence, their aspect ratio increased. In addition, added fine WC led to the separation of plate-like coarse WC grains so as to break their oriented arrangement and prevent their face contact; hence, plate-like coarse WC grains were completely covered by the Co binder phase. Moreover, the addition of smaller particle size of fine WC contributed to more uniform Co binder phase. When 0.4-μm WC powders was added, the aspect ratio of plate-like coarse WC grains was greater than that of plate-like WC grained cemented carbides without the addition of fine WC. The dual-scale and dual-morphology WC grained cemented carbides by adding 0.4-μm fine WC exhibited good comprehensive mechanical properties, with a transverse rupture strength of 3645 MPa, a Rockwell hardness of 91.5 HRA, and a fracture toughness of 12.3 MPa∙m^1/2.     

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%。     

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硬质合金的强度

对两相 WC- Co硬质合金的研究表明 ,并非由钴含量 XCo而是由碳含量 XC 所决定的 相成分 (钨和碳在 相中的浓度 )才是制约 WC在 相中溶解—析出过程的决定性因素 ,因而也是影响 WC- Co合金 WC平均晶粒尺寸 LWC的重要因素。求得了相应于最大抗弯强度 σTRSmax的 LWC～ XCo反比关系式和最佳 相平均自由程 λ。 的取值范围。提出了在 相质量分数 X 增大引起 λ。 增大的情况下 λ 对应的合金结构由连续的 WC骨架向连续的 相网络的过渡的概念 ,从而较合理地解释了σTRSmax～λ 双支线关系和粗、细晶合金的σTRS～ XC关系。两相 WC- Co合金的强度取决于合金的钴含量、碳含量和WC平均晶粒尺寸并归因于 相平均自由程和 相中钨和碳固溶度的影响。在σTRS～λ 左支线范围内合金的断裂韧性 KIC同σTRS呈线性关系。在求得显微结构参数、成分和强度同磁性、密度和硬度的定量关系的基础上提出了无损鉴定两相 WC- Co硬质合金的结构、成分和强度的原理。     

W+Co+C(碳黑)制备板状晶硬质合金及其性能研究

采用经球磨扁平化处理的W粉末为原料,添加适量Co、C(碳黑)、成型剂及纳米W粉制备板状晶硬质合金,研究了烧结温度、时间和添加纳米W粉,对板状晶硬质合金显微组织结构和性能的影响。结果表明,球磨预处理中颗粒W粉末可获得扁平化程度高的薄片状W粉末,以其为原料制备的WC-12%Co(质量分数)板状晶合金相对密度达97%,合金硬度呈现出明显的各向异性;添加纳米W粉或提高烧结温度、延长烧结时间,均有利于压坯烧结收缩致密化,生成更多的板状WC晶粒。     

HIP后续烧结对超细WC-Co硬质合金性能的影响

采用高能球磨法制备超细WC-Co硬质合金。研究了1 390℃真空通Ar常规烧结后再热等静压烧结(HIP),烧结温度1 320℃,80 MPa下保温60 min对WC-Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明:1 390℃真空通Ar烧结,可获得组织细小、综合性能好的YG8、YG10超细硬质合金。其中YG8超细硬质合金硬度达93.8 HRA,抗弯强度达2 290 MPa,YG10超细硬质合金硬度达93.3 HRA,抗弯强度达2 250 MPa。真空通Ar常规烧结再HIP能提高合金的致密度,但会使WC晶粒长大,硬度、抗弯强度、矫顽磁力等性能均下降。     

WC的粒度对WC-Co硬质合金断裂韧性的影响

用压痕法测定了具有不同粒度硬质相的 WC- Co硬质合金的断裂韧性。结果发现 ,当钴含量不变时 ,硬质合金的断裂韧性随 WC粒度的增大而增大。进一步分析表明 :产生上述现象的主要原因是因为 WC晶体只有 4个独立滑移系 ,随 WC粒度的增大 ,其对裂纹的偏转和分叉作用增强 ,从而导致断裂面表面积增大而增韧     

Effect of VC and NbC additions on microstructure and properties of ultrafine WC-10Co cemented carbides

The nanocomposite WC-Co powders were prepared through planetary ball milling method. Effects of grain growth inhibitor addition and the vacuum sintering parameters on the microstructure and properties of ultrafine WC-10Co cemented carbides were investigated using X-ray diffractometer, scanning electron microscope and mechanical property tester. The results show that VC and NbC additions can refine the WC grains, decrease the volume fraction of Co₃W₃C phase in ultrafine WC-10Co cemented carbides, and increase the hardness and fracture toughness of the base alloys. After sintering for 60 min at 1400 °C, the average grain size and hardness of ultrafine-grained WC-10Co-1VC cemented carbide are 470 nm and HRA 91.5, respectively. The fracture toughness of cemented carbide WC-10Co-1NbC alloy is over 7 MN·m^?3/2.     

Synthesis of WC-Co composite powders with two-step carbonization and sintering performance study

In this study, WC-Co composite powder was synthesized by two-step carbonization method using W, Co and C as raw materials. X-ray diffraction (XRD) showed that the η phase (Co₆W₆C) was kept at 1100 °C for 1 h under vacuum, and it could be completely carbonized into WC-Co composite powders. The surface morphology of WC-Co composite powders was analyzed by scanning electron microscope (SEM). The effects of η phase and second phase (W phase) on WC morphology and Co phase distribution were investigated. Electron backscattered diffraction (EBSD) was used to analyze WC-10 wt% Co cemented carbide particle distribution. Comparison of transverse rupture strength, hardness and fracture toughness of two kinds of WC-10 wt% Co cemented carbides synthesized by WC-Co composite powders + WC and WC + Co respectively, the cemented carbide of composite powders + WC increases the fracture toughness from 11.4 ± 0.3 MPa·m^1/2 to 12.4 ± 0.3 MPa·m^1/2.