非均匀硬质合金的研究及在硬岩掘进工具中的应用

从WC粉末、合金中WC的平均粒径和粒度分布、合金中的WC亚晶尺寸、微观应变和Co相分布，研究了不同的WC粒度组成，Co相分布对矿用硬质合金物理力学性能的影响；并将研制的Co相非均匀和硬质相非均匀相结合的硬质合金用于硬岩掘进，获得了满意的结果。     

压力辅助临界液相烧结WC-0.6VC-10Co超细硬质合金的微观组织结构和性能

用真空热压法在 12 80～ 13 2 0℃温度范围内烧结制备了WC 0 .6VC 10Co超细硬质合金。微观组织结构和性能评价结果表明 :从国际市场上购买到的超细WC和Co粉 ,经过适当的粉末冶金工艺过程和 13 0 0℃以上压力辅助烧结可获得完全致密化的合金。致密化合金中的WC晶粒尚未明显生长 ,其平均晶粒间距为 169～ 179nm ,合金的维氏硬度值均超过了HV30 2 0 0 0 ;随烧结温度的升高 ,合金的Palmqvist断裂韧性增加 ,13 2 0℃热压样品的Palmqvist韧性值可达 5 17N·mm- 1 。在高分辨场发射扫描电镜下观察到的“WC晶粒团簇”现象 ,造成Co粘结相微观分布不均匀。对实验结果的分析和讨论有助于理解超细硬质合金烧结过程的机制和进一步优化其制备工艺过程。     

选择性电溶法再生WC原料中杂质Ti在硬质合金烧结过程中的作用行为

采用基于选择性电溶法的再生超细WC粉末为原料,制备WC-10Co和WC-10Co-0.06La_2O_3硬质合金,研究原料中的杂质Ti,Ta和V在烧结过程中的作用行为。结果表明,杂质Ti,Ta和V同步迁移至合金烧结体表面,形成WTi(Ta,V)C_2富集相;合金中微量稀土La可促进Ti的表面迁移。Ti如果不是以固溶体型稳定化合物的形式添加,容易导致硬质合金中出现Co3W3C脱碳相和板状WC晶粒的形成。硬质合金微观组织结构的均匀性与Ti在合金中分布的均匀性密切相关。     

从硬质合金微观结构和性能对湿磨工艺的敏感性评价WC粉末的内在质量

以XLWC25型WC粉末为原料,采用滚动湿磨和搅拌湿磨工艺经过不同的湿磨时间制备5组WC-6Co硬质合金。从合金微观组织结构参数(平均晶粒度、邻接度、晶粒分布)和力学性能对湿磨工艺的敏感度方面,探讨了硬质合金关键原材料WC粉末内在质量的评定方法。结果表明,合金微观组织结构和力学性能对湿磨工艺变化的敏感度较低,在一定程度上反映了XLWC25型WC粉末具有较好的内在质量。采用搅拌湿磨工艺,湿磨6¹0 h,WC-6Co合金的微观组织结构均匀性和综合性能可达到最佳状态,优于滚动湿磨58 h制备的参比合金的综合性能。     

关于WC-Co硬质合金的强度和结构问题(Ⅰ)

综述了WC—Co硬质合金强度和结构方面的研究结果，阐明WC—Co硬质合金具有颗粒型复合强化材料的本质特征。据此，对WC—Co硬质合金微观结构及其制造工艺技术的一些问题进行了探讨。     

烧结工艺对低粘结相硬质合金性能及微观结构的影响

采用粉末冶金法制备WC-0.5Cr3C2-0.5Co和WC-8.2(W、Ta、Ti)C-1.0Co两种合金粉末,以1 480℃/90 min真空烧结工艺和1480℃/90 min/5MPa低压烧结工艺分别制备出WC-0.5Cr3C2-0.5Co和WC-8.2(W、Ta、Ti)C-1.0Co两种无粘结相硬质合金。利用X射线衍射分析技术研究合金的物相,利用扫描电镜与能谱仪对合金微观组织结构进行观察与分析。结果表明:真空烧结工艺制备的合金晶粒细小、硬度高;低压烧结工艺制备的合金致密度较高、晶粒粗大、硬度降低。此外,Ti原子的存在使WC晶界能各向异性,从而造成W原子在粘结相中的各向异性溶解-析出,导致形成少量的板条状WC晶粒。     

WC-(Co-Al)硬质合金的研究

研究采用反应烧结制备以Co3 Al代Co作为粘结金属的硬质合金技术。对制得的硬质合金进行了组织结构的观察及性能测定。结果表明 ,铝的加入有助于烧结过程中WC晶粒的细化和均匀化 ,制得了WC晶粒均匀的超细硬质合金。与相同粘结剂含量的钴粘结硬质合金相比 ,在耐腐蚀和高温抗氧化性方面 ,Co Al硬质合金表现出明显的优异性能。研究发现 ,在烧结中由于发生Co Al的激烈化合反应而导致孔隙的形成。采用低压等静压烧结或烧结后进行低压等静压处理可降低孔隙度提高合金的力学性能     

稀土Y,Ce及其添加方式对硬质合金显微结构与性能的影响

采用在还原碳化法制备WC粉末前添加稀土氧化物Y2O3或CeO2,以及在WC与Co粉末混合球磨时加入该稀土氧化物两种不同的方式,在WC-10Co硬质合金中添加稀土元素,利用金相显微镜和扫描电镜观察稀土硬质合金的组织形貌与显微结构,采用X射线衍射仪(XRD)和电子探针对合金的相成分与微区成分进行分析,并测试合金的硬度、断裂韧性与磁性能,研究稀土及其添加方式对硬质合金结构与性能的影响。结果表明,无论以何种方式添加Y2O3或CeO2,最终制备的硬质合金中稀土元素都与氧共存,并以球形颗粒的形式弥散分布于硬质合金的钴粘结相中。稀土硬质合金中WC晶粒球化趋势明显,WC/WC的邻接度由0.6降低至0.39,断裂韧性由12.8 MPa?m1/2提高至16.7 MPa?m1/2。球形、弥散分布的稀土氧化物颗粒会破坏合金结构的连续性,导致合金强度降低。     

含Cr_3C_2超细晶WC-Co硬质合金烧结过程中微观组织结构的演变

研究采用传统硬质合金生产工艺制备了超细晶WC-1Cr3C2-12Co硬质合金,用场发射扫描电镜观察了1130～1360℃真空烧结合金的微观组织结构,定量分析了合金中的残余孔隙、WC硬质相的形貌、晶粒尺寸及其分布随烧结温度的变化规律,对添加的Cr3C2晶粒长大抑制剂和稀土的存在形态及其对Co黏结相分布的影响进行了分析评价。     

含板状晶WC双模组织结构硬质合金的研究

采用超细WC原料，在WC-20Co合金中加入纳米Y2O3，在1440℃的液相烧结温度下获得了含板状晶WC双模组织结构的合金。通过对比低于共晶温度下热压固结工艺与传统液相烧结工艺制备的WC-20Co=1Y2O3硬质合金的组织结构发现，液相烧结合金中WC板状晶是在液相烧结阶段通过液相重结晶形成的，均匀分散在合金中的Y2O3具有促进WC从粘结相中均匀析出长大、抑制WC沿C轴方向生长的作用，因而使合金中粗大的WC呈现板状晶的形貌。研究结果表明，板状晶强化的双模结构WC-20Co—1Y2O3合金具有较好的综合性能。     

利用反应烧结法制备多孔碳化物陶瓷

利用反应烧结的方法,通过甲烷碳化还原三种过渡金属氧化物(Cr₂O₃、TiO₂和WO₃)压坯,制备了其相应的多孔形态的碳化物(Cr₃C₂、TiC和WC)陶瓷.通过扫描电子显微镜观察检测,对反应烧结产物的表面和截面形貌进行了分析,并对这三种过渡金属碳化物的孔隙结构进行了初步的表征.通过物相分析研究了反应烧结的动力学过程,发现利用含体积分数10%甲烷的混合气体碳化还原制备多孔TiC和WC陶瓷的起始温度分别为1200℃和1000℃,低于这两个温度时发生其他相变,有其他中间产物生成.利用反应烧结的方法制备多孔Cr₃C₂陶瓷时,反应烧结温度越高,碳化铬陶瓷的骨架和孔隙平均尺寸越大.      

放电等离子烧结制备无粘结相SiCw/WC硬质合金

以碳化硅晶须(SiC whiskers,SiC_w)作为增韧相,通过放电等离子烧结制备了无粘结相SiC_w/WC硬质合金。考察了放电等离子烧结温度及SiC_w添加量对SiC_w/WC硬质合金组织性能的影响。结果表明,采用放电等离子烧结在1800℃下可获得相对密度高于99%的WC烧结体,其维氏硬度和断裂韧性分别达到25.99 GPa和4.99 MPa·m^1/2。添加适量的SiC_w可以改善SiC_w/WC烧结性能和断裂韧性,在SiC_w的质量分数为0.6%时,断裂韧性达到6.80 MPa·m^1/2,当添加过量的SiC_w时,增韧效果减弱。     

石墨烯对激光熔覆镍基碳化钨涂层组织及性能影响

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Ni60A-30%WC-x%石墨烯(质量分数, x=0.0, 0.1, 0.3, 0.5)涂层, 研究石墨烯对激光熔覆镍基碳化钨涂层组织与性能的影响。结果表明, 涂层物相主要由具有γ相结构的Ni-Cr-Fe固溶体、WC、W₂C、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等组成; 石墨烯改善了激光熔覆镍基碳化钨涂层的组织, 提高了涂层的硬度和抗摩擦磨损性能; 当石墨烯质量分数为0.3%时, 得到了析出相分布均匀且细小的组织, 涂层具有高硬度、良好的抗裂纹扩展能力和耐磨性。     

放电等离子烧结制备超细晶WC-3Co硬质合金的组织和性能

采用高能球磨制备纳米WC-3Co粉末,再通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备超细晶WC-3Co硬质合金。研究SPS工艺参数对合金致密度、显微组织和力学性能的影响,并对SPS和热压工艺(hotpressing,HP)进行对比。结果表明:SPS可实现WC-3Co粉末的低温快速致密化。升高温度或提高压力都使得合金的致密度提高,同时导致WC晶粒长大。SPS较HP升温速率快且烧结时间更短,合金组织更加均匀,在1 300℃保温5 min、烧结压力为40 MPa的条件下所制备的合金具有最佳综合性能,其平均晶粒度为0.32μm,相对密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为99.3%、2257 HV30、1 906 MPa、10.36 MPa.m1/2。而在1 450℃、压力为50 MPa、保压5 min条件下,热压合金的致密度、硬度和断裂韧性分别为99.6%、2 264 HV30和11.01 MPa.m1/2,但抗弯强度只有1 301 MPa,平均晶粒度为0.47μm。     

Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性提高的机制分析

为了探讨Cr₃C₂强化相提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性的机制, 本文采用热等静压技术制备了Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料, 借助纳米压痕仪对Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的力学性能进行了表征, 利用销-盘式摩擦磨损试验机研究了热等静压Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性能, 并结合扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析了材料磨损表面形貌和磨损次表面层硬度变化.结果表明, Cr₃C₂的添加提高了复合材料基体的硬度, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的纳米硬度和弹性模量由基体相、扩散相到硬芯相是逐渐增大的, 呈现出梯度变化, 有利于提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性.在本研究实验条件下, Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表面的磨损形式主要为磨粒磨损, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表现出更加优异的耐磨性能.Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性能的提高主要跟碳化物强化相阻断磨粒切削、减弱摩擦副间相互作用、减小加工硬化层厚度、磨粒尺寸等因素有关.      

Cr3 C2含量对Cr3 C2/Ni3 Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热等静压法制备Ni₃Al合金和Cr₃C₂含量不同的Ni₃Al基复合耐磨材料,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,系统地研究Cr₃C₂含量对材料组织特征、硬度及摩擦磨损性能的影响.结果表明:Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中,Cr₃C₂颗粒与Ni₃Al颗粒之间发生互扩散作用,使部分Cr₃C₂颗粒转变为M₇C₃（M=Cr,Fe,Ni）结构;在特定的摩擦磨损条件下,随着Ni₃Al基体中Cr₃C₂比例增大,Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性能显著提高,达到了Ni₃Al合金耐磨性能的4~10倍.此外,随着Ni₃Al基体中Cr₃C₂比例的增大,Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料对对磨盘的切削、刮擦作用减弱,对磨盘的磨损量减少.      

Al对淬回火H11钢力学性能和碳化物的影响

研究了Al质量分数为0.77%及不含Al的H11钢在不同淬回火处理工艺下的硬度和冲击功的变化规律,并对两种钢原始退火态、1060℃淬火、1060℃淬火+510℃回火、1060℃淬火+560℃回火和1060℃淬火+600℃回火处理后的试样进行碳化物萃取,同时借助扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分析了Al对H11钢中碳化物形态及类型的影响.结果表明:（1）Al能提高H11钢的冲击韧性和回火硬度,但会使淬火硬度有所降低.（2）Al可以促进H11钢淬火过程中碳化物的溶解和元素的均匀分布.（3）Al会阻碍H11钢回火过程中碳化物的析出和聚集,这种作用在560℃以下回火时更加显著.（4）Al可以使H11钢回火时的（Fe,Cr）₂C、MoC、Cr₇C₃类碳化物更加稳定,抑制（Fe,Cr）₃C、Mo₂C和Cr₂₃C₆类碳化物的析出,这是因为Al可以阻碍H11钢中碳及合金元素在回火过程中的聚集.      

TiC?NiCrCoMo钢结硬质合金的制备与高温氧化性能

以镍基合金（NiCrCoMo）为粘结相,以碳化钛（TiC）为硬质相,通过粉末冶金技术制备出抗高温氧化的TiC?NiCrCoMo钢结硬质合金。通过优化烧结工艺得到综合性能最佳的TiC?NiCrCoMo钢结硬质合金,测定了钢结硬质合金在不同温度下的氧化动力学曲线,并分析了氧化层的显微形貌。结果表明,经1280 ℃烧结的TiC?NiCrCoMo钢结硬质合金综合性能最佳,密度为6.01 g/cm3,硬度为HRC 65,抗弯强度为1100 MPa。随着氧化温度的升高,TiC?NiCrCoMo钢结硬质合金的氧化程度明显增加;通过与316L不锈钢钢结硬质合金的氧化动力学曲线对比发现,TiC?NiCrCoMo钢结硬质合金具有优异的抗高温氧化性能。     

TiCP颗粒增强高铬铸铁复合材料的显微组织和力学性能

采用粉末冶金法（powder metallurgy,PM）和超固相线液相烧结技术（super solid phase line liquid phase sintering,SLPS）制备出TiC颗粒增强（TiC_P）+含质量分数20%Cr的烧结高铬铸铁（high chromium cast iron,HCCI）复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）和X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）研究了TiC颗粒增强相含量（质量分数）对TiC_P/HCCI复合材料物相组成、显微组织和力学性能的影响,并开展了后续热处理研究。结果表明:超固相线液相烧结技术制备出的TiC_P/HCCI复合材料相对密度均达97%以上,其物相组成为马氏体、奥氏体、M₇C₃碳化物和TiC。TiC颗粒主要沿着高铬铸铁中金属基体/碳化物界面分布,随着TiC含量增加,复合材料的硬度显著增加,达到HRC 67.2,但冲击韧性却逐步降低,合金断裂机制也由准解理性断裂向沿晶完全解理性断裂转变。经淬火处理后,该类TiC_P/HCCI复合材料的硬度可进一步提升至HRC 69.3,有望成为硬度介于高铬铸铁和硬质合金之间的优秀耐磨材料。     

加混合稀土WC—8Co合金的组织和性能

探讨了添加超细混合稀土氧化物微粉对WC－8Co硬质合金组织结构和性能的优化机理．结果表明，混合稀土氧化物提高WC－8CO合金强韧性的原因，不仅是由于WC晶粒尺寸的细化、不连续长大的粗晶WC的消除和立方钻相含量的提高，还与合金制品宏观应力的增加有关。