碳化工艺对固溶体及合金性能的影响

研究了1 800℃/60 min、1 900℃/45 min、2 200℃/30 min三种碳化工艺对30%TiC-70%WC(质量分数)饱和固溶体固溶完全程度、粒度以及所制备WC-TiC-4.3%Co合金的显微结构、切削性能的影响。结果表明1 900℃/45 min碳化工艺制备的固溶体固溶较完全,Fsss粒度2.15μm,制备的WC-TiC-4.3%Co合金,显微结构为固溶体和粘结相两相组织,相同切削条件下合金刀片切削寿命较优。     

超细硬质合金中晶粒非均匀长大机理

采用市售的粒度为0.8μm的WC粉末和粒度为1.6μm的Co粉制备了WC-10%Co超细硬质合金,通过金相显微镜﹑扫描电子显微镜观察了不同烧结温度下制备的试样WC晶粒形貌,对超细晶粒硬质合金非均匀长大现象及机理进行了研究。结果表明:粉末湿磨后的粗大颗粒在烧结过程中起晶核作用,是引起晶粒非均匀长大的关键因素。固相烧结时,烧结体中细小颗粒受到张力的作用发生旋转,当其取向与邻近的大颗粒取向一致时,形成共格界面,以粗大晶粒为核心以并合的方式非均匀长大;液相烧结时,细小晶粒溶解并优先地在大晶粒的某些低能量晶面如(0001)和(1010)面析出,引起晶粒异常长大。本研究中,当烧结温度达到1 410℃时,WC晶粒可异常长大为接近20μm的粗大晶粒。     

球磨时间及烧结温度对固溶体粒度的影响

通过不同球磨方法以及不同烧结温度获得不同粒度、Co相(液相)平均自由程的WC-6%(Ti,Ta,Nb)C-7.5%Co硬质合金,研究了固溶体原料球磨时间对烧结后固溶体长大的影响,同时研究了1 410℃和1 465℃两个烧结温度下硬质合金中(Ti,Ta,Nb)C固溶体平均粒度与液相平均自由程的关系。实验结果表明,随着WC球磨时间延长合金中的硬质相包括WC和固溶体粒度变细;单独延长固溶体原料球磨时间对烧结后固溶体平均粒度的影响不大;固溶体平均粒度与液相平均自由程之间存在较好的线性关系,并且该线性关系与温度无明显关联。分析讨论了(Ti,Ta,Nb)C固溶体在烧结过程中的生长机理,认为WC-6%(Ti,Ta,Nb)C-7.5%Co硬质合金中固溶体的主要长大方式包括聚集长大和溶解-析出长大,聚集长大主要发生于固相烧结阶段后期以及液相烧结阶段前期,聚集长大程度与烧结收缩均匀性有关,溶解-析出长大主要发生在液相烧结阶段,并随着烧结温度升高,固溶体的溶解-析出对固溶体长大的贡献增大。     

超细硬质合金烧结过程中WC扩散-溶解-析出特征与机理研究

以08型WC与Co制成WC-10%Co试样条,脱蜡后分别于1 200﹑1 250﹑1 300﹑1 350℃进行烧结并分别保温1 h和5 h。采用扫描电镜观察烧结过程中WC晶粒形貌的变化,采用差热分析仪研究WC-10%Co的共晶温度。研究结果表明:WC-10%Co在低于共晶温度的烧结过程中发生了WC晶粒形貌由等轴形向棱边平直的多边形变化,并随着温度升高,晶粒尺寸增大。这表明在固相烧结时超细WC与钴相存在溶解析出过程,改变WC晶粒形貌并使晶粒长大。     

含钒添加剂对纳米硬质合金性能的影响

通过添加草酸氧钒替代碳化钒作为纳米硬质合金制备过程中的抑制剂添加剂，草酸氧钒在湿磨过程中溶解于酒精研磨液中，并在料浆中均匀分散，干燥过程中，草酸氧钒析出并吸附于碳化钨等颗粒表面。烧结过程中，草酸氧钒在400℃左右的温度下转化为氧化钒，在1000℃左右原位还原碳化为碳化钒，该碳化钒均匀分布于合金中，并在后续的液相烧结中抑制碳化钨晶粒长大。研究表明：添加草酸氧钒制备的硬质合金的矫顽磁力值高于添加碳化钒制备的硬质合金的矫顽磁力值；添加碳化钒，容易导致硬质合金中存在碳化钒聚集现象，而添加草酸氧钒制备的合金微观结构没有发现碳化钒聚集现象。     

不同工艺制备的超细WC对合金烧结过程及其性能的影响

分别将两种工艺制备的超细碳化钨粉末制备成成分为WC+0.2%VC+0.6%Cr_3C_2+6.5%Co的混合料,测量两种混合料压坯在烧结过程中的收缩率的变化,并比较烧结后的四项性能和金相组织。研究结果表明,两种工艺制备的超细碳化钨粉末混合料表现出不同的烧结特性:1#碳化钨混合料收缩率为17.52%,收缩时间较短;2#碳化钨混合料的收缩率为18.25%,收缩时间较长。1#碳化钨混合料由于WC结晶完整、活性小,在湿磨过程中增氧较少,钴磁较高,烧结后合金的金相组织均匀,没有粗大晶粒;反之2#碳化钨混合料烧结后钴磁较低,合金的金相组织有粗大晶粒。     

碳化温度对超细WC粉末性能与合金性能的影响

本文探讨了碳化温度对超细WC形貌、粒度、亚晶尺寸等粉末性能的影响和不同碳化温度制备的超细WC粉末对合金强度、硬度、微观结构等合金性能的影响。粉末样品的制备采用钨粉与炭黑的混合物为试验原料,在中频电炉中,分别于1 450、1 480、1 520℃碳化,利用Fsss粒度仪、SEM电镜、马尔文激光粒度分布仪、X射线衍射仪等仪器对粉末样品进行分析检测;制备的粉末样品加入细钴粉按照6%配成合金,采用1 410℃与1 450℃两个烧结温度制备成合金试验样品,测维氏硬度,抗弯强度,用金相显微镜观察合金的组织结构,比较不同碳化温度制备的超细碳化钨在不同的烧结温度下制备的合金性能与组织结构的差异。研究表明:碳化温度对超细碳化钨各项性能及超细合金各项性能有较大的影响,温度在1 480℃以下,单颗粒与单颗粒之间的烧结长大比较微弱,单颗粒内部的亚晶长大也很微弱,但当温度升高到1 520℃,亚晶尺寸有明显升高,粉末结晶更趋完整。低温碳化的超细碳化钨,结晶不完整,缺陷较多,粉末活性高,容易长粗,矫顽磁力降幅较大,造成合金的微观结构不均匀。高温碳化的超细碳化钨在1 410℃烧结制备的合金试样的综合性能与微观结构要优于1 450℃烧结制备的合金试样。     

工艺条件对WC-12%Co超细硬质合金性能的影响

采用不同粒度的WC粉,加入VC、Cr3C2做抑制剂,制备WC-12%Co超细硬质合金。采用D60-25型钴磁仪测量合金磁饱和,利用排水法测定合金密度,采用三点弯曲法在CMT4504拉伸机上检测合金的抗弯强度,试样抛光后在JEOL-6701F扫描电镜下观察合金的显微组织。研究了不同的WC粉末粒度、球磨时间、烧结工艺对WC-12%Co的超细硬质合金性能的影响。结果表明:过压烧结可明显提高合金抗弯强度、硬度和密度;随着球磨时间的增加,合金硬度不断上升,抗弯强度先增后减;采用0.55μm粒度WC粉制备的合金的硬度明显高于0.70μm粒度WC粉制备的合金。在本次实验中,选用0.55μm的WC粉末原料,混合料球磨85 h,通过过压烧结,可制备出性能优良的WC-12%Co超细硬质合金,硬度HV≥1 800,抗弯强度≥3 400 N/mm2。     

Co添加对固溶淬火态钨基合金微观结构和性能的影响

以高能球磨粉末为原料,研究元素钴对固溶淬火态93W-Ni-Fe合金微观结构和性能的影响.对经1 490℃烧结并保温90 min的试样在1 280℃固溶2 h,随后在水中淬火,采用光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)及EDAX能谱等对样品的组织形貌进行表征,采用准静态拉伸实验对合金的拉伸强度及伸长率进行测试,采用排水法对合金的相对密度进行测量.结果表明:当Co含量为0~0.9%(质量分数)时,随着Co含量的增加,固溶淬火态93W-Ni-Fe合金的拉伸强度、伸长率和相对密度由不添加Co时的1 039 MPa、18.3%和99.3%分别提高到0.9%Co时的1 085.5 MPa、26.5%和99.4%;元素Co的适量加入能增加固溶淬火态合金中钨晶粒的穿晶解理断裂和粘结相的延性撕裂,改善合金组织,提高合金的性能:当元素Co含量超过0.9%时,随着Co含量的增加,固溶淬火态93W-Ni-Fe合金的性能降低;当Co含量为1.5%时,合金的拉伸强度降至1 039.5 MPa,伸长率降至24.6%.     

纳米碳化钽对SPS烧结钨显微结构的影响

通过放电等离子体烧结(SPS)方法在1700℃下制备纳米碳化钽(TaC)弥散强化钨块,研究钨粉原始粉末粒度大小和添加碳化钽的量对烧结钨块微观组织的影响。结果表明:不同粒度钨粉(30nm、200nm和3μm)制备的钨块,烧结后的粒径随原始粉末粒度的增大而增大,3μm钨粉烧结后的晶粒平均直径为22.19μm;同一种粒度钨粉(如200nm)中分别添加质量分数为0%,1%,2%和4%的碳化钽,烧结后钨晶粒的平均直径随碳化钽添加量的增加而减小,加入量为4%时晶粒平均直径为5.91μm。通过SEM分析可以看出,碳化钽在烧结钨中是以球形状态存在的。从断口可以看出,纯钨烧结体为穿晶断裂,加入碳化钽的钨烧结体为晶间断裂。     

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。     

Vacuum sintering of WC-8 wt.% Co hardmetals from WC powders with different dispersity

The effect of sintering temperature and particle size of tungsten carbide WC on phase composition, density and microstructure of hardmetals WC-8 wt.% Co has been studied using X-ray diffraction, scanning electron microscopy and density measurements. The sintering temperature has been varied in the range from 800 to 1600 °C. The coarse-grained WC powder with an average particle size of 6 μm, submicrocrystalline WC powder with an average particle size of 150 nm and two nanocrystalline WC powders with average sizes of particles 60 and 20 nm produced by a plasma-chemical synthesis and high-energy ball milling, respectively, have been used for synthesis of hardmetals. It is established that ternary Co₆W₆C carbide phase is the first to form as a result of sintering of the starting powder mixture. At sintering temperature of 1100-1300 °C, this phase reacts with carbon to form Co₃W₃C phase. A cubic solid solution of tungsten carbide in cobalt, β-Co(WC), is formed along with ternary carbide phases at sintering temperature above 1000 °C. Dependences of density and microhardness of sintering hardmetals on sintering temperature are found. The use of nanocrystalline WC powders is shown to reduce the optimal sintering temperature of the WC-Co hardmetals by about 100 °C.     

硬质合金刀具钴和碳化钨的浸出研究

硬质合金刀具在高速切削时,必须使用水基加工液。然而发现使用时水基加工液会使硬质合金中的钴、碳化钨浸出。本文通过浸泡试验,借助于扫描电镜和能谱分析,研究了不同温度时三乙醇胺溶液、碳酸钠溶液和苯并三氮唑溶液对硬质合金刀具中钴和碳化钨浸出的影响。实验结果表明:三乙醇胺溶液对硬质合金刀具中的钴有浸出的作用,常温下钴的浸出率为17.32%,随着温度的升高浸出作用明显,150℃时钴的浸出率为47.72%;碳酸钠溶液对硬质合金刀具中碳化钨有浸出作用,常温下钨的浸出率为13.28%,随着温度的升高,碳化钨的氧化溶解加剧,钨元素的浸出更加明显,150℃时钨的浸出率为45.59%;苯并三氮唑溶液对硬质合金中的钴无浸出作用,对硬质合金中的钨浸出作用不明显,150℃时钨的浸出率为1.28%。     

微量铁对YG8硬质合金硬度、磁性能及孔隙度的影响

以钨粉筛上物制备的碳化钨为研究对象,采用湿磨、压制、真空烧结制备了YG8硬质合金,研究了WC中铁含量分别为0.33%和1.08%时,其加入量对YG8硬质合金矫顽磁力、钴磁、硬度及微观组织的影响规律。研究结果表明:含微量Fe的WC粉末结晶不完整、团聚严重;随着铁含量的增加,硬质合金的密度逐渐下降,而钴磁逐渐增加;随着铁含量的增加,硬质合金的矫顽磁力和硬度先下降再增加;当铁含量增加到一定值时硬质合金的孔隙度开始明显增加。当硬质合金中铁含量控制在0.3%以下时,可烧结出致密化程度高的YG8硬质合金,其孔隙度达到A02B00。     

SPS烧结WC-5%Co纳米复合粉硬质合金

采用喷雾干燥、流态化床化学转化法生产的WC-5%Co纳米复合粉为原料,研究了放电等离子体烧结(SPS)对超细硬质合金显微结构和性能的影响,同时对SPS烧结、低压烧结、真空烧结等三种工艺进行了比较。结果表明:采用SPS烧结可以在较低的温度下实现超细硬质合金的固相烧结,使合金快速致密化,当1170℃保温6min、压力为50MPa时合金可以获得最好的力学性能;其显微硬度HV30、抗弯强度、断裂韧性分别为1870、3230MPa、10.96MPa/m1/2。低压烧结可促进颗粒在液相中重排,硬质合金压坯经8MPa、1410℃、保温45min烧结,也可以获得比较好的力学性能;而传统真空烧结,合金孔隙度比较高,晶粒不均匀,性能较差。     

WC-10%Co超细硬质合金烧结中表面钴聚集的形成

通过分析合金表面形貌、表面物相和表面钴含量,研究了WC-10%Co超细晶粒硬质合金烧结时表面Co聚集的形成过程。结果表明:在1 100℃下烧结50 min后,合金表面出现典型的颈缩和孔隙球化,表面Co含量达54.12%,产生了表面Co聚集;在1 250℃、1 300℃、1 320℃、1 330℃、1 350℃下烧结10 min后,合金表面均未见明显颈缩和孔隙球化,1 320℃下开始在表面大孔隙处产生Co聚集,1 330℃下渗出到表面出现孤岛状表面Co聚集,表面出现Co(hcp)相,Co含量达71.63%,1 350℃下相互串联形成网络状Co聚集层,表面Co(hcp)相增多,Co含量达86.32%;1 350℃下烧结30 min后表面网络状Co聚集层部分消退,显露出Co聚集层下的WC晶粒,表面Co(hcp)相减少,表面Co含量82.81%;1 410℃下烧结50 min后,合金表面网络状Co聚集层明显消退,WC晶粒成片显露出来,表面Co(hcp)相消失,表面Co含量降至61.87%。     

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℃。