Cr3C2含量对热压烧结WC基硬质合金材料微观组织和力学性能的影响

为了研制高强度高硬度的硬质合金刀具材料,本文采用真空热压烧结技术制备Cr₃C₂含量不同的WC基硬质合金。通过XRD、SEM、EDS等分析手段研究其物相组成及微观形貌,探究Cr₃C₂含量对WC基硬质合金力学性能和微观组织的影响规律。结果表明：在WC-Co硬质合金中添加适量Cr₃C₂可有效抑制WC晶粒异常长大,提高晶粒均匀度,减少微观组织缺陷,进而改善其综合力学性能。随Cr₃C₂含量增加,合金的硬度和抗弯强度先升高后降低,断裂韧性先降低后升高。当Cr₃C₂的质量分数为0.4%时,WC基硬质合金综合力学性能最佳,硬度(HV)达到20.97 GPa,抗弯强度为1 584 MPa,断裂韧性为10.92 MPa·m^1/2,其中硬度大幅提高对于硬质合金材料用作切削刀具具有重要意义。     

合金添加剂对WC基硬质合金氧化行为及其关联特性的影响

为了同步改善合金的高温抗氧化性能及物理与力学性能,设计WC-6Co-6Ni、WC-6Co-6Ni-1Cr₃C₂、WC-6Co-6Ni-1CeO₂和WC-12Co-1CeO₂等4组WC基硬质合金,分别对应1^#～4^#合金,对比研究合金的微观结构、物理与力学性能和700℃连续16 h的氧化行为。结果表明,CeO₂弥散相的存在不会导致WC基硬质合金强度降低,合金硬度遵循复合材料硬度及晶粒度和各相体积分数的耦合作用规律。4组合金中,4^#合金的硬度最高,其次为2^#合金,Co、Ni黏结金属对硬质合金硬度的影响显著。Cr₃C₂和CeO₂添加剂均可显著改善700℃下合金的抗氧化性能,但Cr₃C₂的改善效果明显优于CeO₂。在WC基硬质合金中添加适量的Cr₃C...     

复合添加Cr3C2/VC/TaC的WC-12%Co超细晶硬质合金的组织和性能研究

研究了复合添加不同含量的Cr₃C₂、VC、TaC三种晶粒长大抑制剂对WC-12%Co超细晶硬质合金组织及性能的影响。结果表明，与采用Cr₃C₂+VC组合晶粒长大抑制剂的合金相比，采用Cr₃C₂+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的综合力学性能呈降低趋势，但导热性能更好。采用Cr₃C₂+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的组织和力学性能取决于晶粒长大抑制剂的抑制效果，而不是其添加总量，优化三种抑制剂的配比是提升合金性能的关键。     

Cr3C2和VC复合抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金制备及性能的影响

针对超细晶WC-Co硬质合金的制备,WC晶粒生长抑制剂的运用尤为重要。本研究采用粉末冶金方法制备了超细WC-9%Co硬质合金,研究了Cr₃C₂和VC复合抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金制备、微结构及性能的影响。结果表明：随着复合抑制剂中VC的增加,即Cr₃C₂的减少,合金的晶粒尺寸、断裂韧性逐渐降低,矫顽磁力、钴磁逐渐升高,横向断裂强度则先增高后降低;同时,随着VC配比的增加到一定程度合金逐渐出现VC偏析现象。综合来看,WC-9%Co-0.5%Cr₃C₂-0.5%VC超细硬质合金表现出较优的综合物理性能(矫顽磁力38.9 kA/m、钴磁7.82%、密度14.44 cm³/g)、力学性能(洛氏硬度94.0 HRA、维氏硬度2 010 HV30、横向断裂强度4 691 MPa)。     

CeO2/Cr3C2对WC-Co-Ni基硬质合金电化学腐蚀行为的影响

为了探讨WC-Co-Ni基合金腐蚀性能提升路径,采用相同基础原材料,制备WC-6Co-6Ni、WC-6Co-6Ni-1.0Cr₃C₂、WC-6Co-6Ni-1.0CeO₂和WC-12Co-1.0CeO₂等4种合金。分别在NaOH(pH=13)、Na₂SO₄(pH=7)和H₂SO₄(pH=1)等3种腐蚀介质中对4种合金进行电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试。结果表明,腐蚀介质对合金耐腐蚀性能及其腐蚀机理具有重大影响,合金添加剂Cr₃C₂和Ni能够提升WC-Co-Ni基硬质合金在Na₂SO₄中性介质中的耐腐蚀性能,而在WC-6Co-6Ni合金中添加1.0%Cr₃C₂会降低合金在NaOH介质中耐腐蚀性能;WC晶粒相对细小的WC-12Co-1.0CeO₂合金在NaOH介质...     

碳化钨基硬质合金的抗蚀性

在耐蚀硬质合金中,WC基硬质合金占有很大比重,因此研究该类合全的耐蚀性是很有必要的。本文就WC基硬质合金在酸、碱中的抗蚀性及其与粘结相含量、成分以及合金中的石墨、η₁相等的关系进行了研究。并在此基础上,对低粘结剂含量的硬质合金的活化烧结进行了探讨。WC基硬质合金的耐蚀性,主要由粘结剂的抗蚀性所决定,并与其含量相关。以Ni、Mo、Co、Cr为粘结剂的合金的抗蚀性远远优于WCCo类合金。WC基硬质合金的抗蚀性与WC相晶粒尺寸及少量异种碳化物(Cr₃C₂、Mo₂C)、合金中的石墨和η₁相的存在有关。具有较好耐蚀性的低粘结剂硬质合金,可以采用化学混合制取复合粉末、强化球磨、活化烧结的工艺制备。WC-Ni·Mo·Co·Cr系硬质业合金是制作圆珠笔球的理想材料。     

(V,Cr, W)C复合粉末对WC-11Ni硬质合金微观组织及力学性能的影响

以Cr₂O₃、WO₃、V₂O₅和炭黑为原料，采用碳热还原法在1 500℃下反应2 h制备了(V,Cr, W)C复合粉末。采用XRD和SEM对(V,Cr, W)C复合粉末的相成分和显微组织进行了表征，研究了复合粉末的添加方式及含量对WC-11Ni硬质合金组织及力学性能的影响。结果表明，添加(V,Cr, W)C复合粉末的合金力学性能获得了显著提升，其抗弯强度、维氏硬度以及断裂韧性比未添加复合粉末的试样分别提高了19.97%、19.61%、12.18%。同时，添加(V,Cr, W)C复合粉末的合金性能优于添加(V,Cr)C复合粉末和添加WC+Cr₃C₂混合粉末的合金试样。另外，随着(V,Cr, W)C复合粉末添加量的增加，合金的抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性均呈先增大后减小的变化趋势；当(V,Cr, W)C复合粉末的添加量为0.6%时，合金的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性达到最大值，分别为2 835 MPa、1 671 MPa、15.1 MPa...     

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.      

Co和Cr3C2对硬质合金组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了三种不同Co和Cr3C2含量的硬质合金材料。在常温下分别测量了材料的晶粒度、硬度和抗弯强度,并通过SEM照片等对材料的金相显微组织、断口形貌进行分析。结果表明:硬质合金中粘结相Co含量增多,其硬度下降,抗弯强度升高;微量碳化物Cr3C2在硬质合金中起到细化晶粒的作用,在高钴硬质合金中添加微量碳化物Cr3C2,能使材料具有高硬度、高抗弯强度的良好综合性能。     

退火处理对粉末冶金CoCrFeNiC0.05高熵合金热轧板显微组织和力学性能的影响

以Cr、Co、Fe、Ni单质块体和Cr₃C₂为原料,采用气雾化法制备预合金粉,通过热等静压法制备CoCrFeNiC_0.05高熵合金,对合金进行热轧和退火处理,结合X射线衍射、金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射、硬度测试和拉伸性能测试等手段,研究退火处理对粉末冶金CoCrFeNiC_0.05高熵合金热轧板显微组织和力学性能的影响。结果表明：热轧变形后,合金晶粒形态由热等静压的等轴状转变为条带状,织构组态以F织构为主,晶内存在孪晶和亚微米级Cr₂₃C₆碳化物。经800℃退火处理后,合金发生完全再结晶。热轧结合中温退火(500℃)是获得具有良好综合力学性能CoCrFeNiC_0.05高熵合金的有效途径,合金的屈服强度为961 MPa,抗拉强度为1 023 MPa,伸长率为13.6%。     

Y_2O_3对硬质合金晶粒尺寸和摩擦磨损性能的影响

研究了稀土Y2O3对WC-10Co硬质合金晶粒尺寸、矫顽力的影响,对比了Y2O3含量0.10%(质量分数,下同)和0.30%硬质合金的摩擦磨损性能。结果表明:微量Y2O3能细化WC晶粒,有效改善合金的硬度,影响硬质合金的磁性能。低于0.15%时,WC-10Co合金晶粒尺寸随着Y2O3增加而明显细化,硬度显著增加;Y2O3含量达到0.2%以上,WC-10Co合金的晶粒尺寸基本稳定,硬度也变化不大。在相同条件下,细晶粒0.30%Y2O3的WC-10Co硬质合金比0.10%Y2O3的WC-10Co硬质合金的摩擦因数稍高,但磨损体积损失低于0.10%Y2O3合金。     

添加剂对双晶结构硬质合金微观组织和性能的影响

以粗细两种粒度WC粉、Co粉为原料,分别选取Mo、Cu、VC、Cr_3C_2、Y_2O_3为添加剂,采用粉末冶金法制备了具有不同WC晶粒度分布、不同添加剂的硬质合金,并使用XRD、SEM、排水法和维氏硬度计分别分析合金的物相组成、显微组织、密度和力学性能。结果表明:所制备合金物相组成几乎一样,均显示出较明显的WC峰;随着粗晶WC与细晶WC粉末质量比的降低,合金中异常长大的WC晶粒减少、硬度持续增大但韧性下降。添加剂能够有效抑制WC晶粒的长大,提高合金硬度,但合金的相对密度随着添加剂含量的增大而减小。添加1%Cr_3C_2制备的双晶结构硬质合金的综合性能最好。     

HVAF喷涂La2O3改性WC-20Cr3C2-11NiMo涂层的耐磨耐蚀性能

为进一步提升高质量WC涂层的耐磨性、耐海水腐蚀性和耐海水气蚀性。采用大气超音速火焰喷涂(HVAF)在0Cr13Ni5Mo基体上制备稀土La₂O₃改性WC-20Cr₃C₂-11NiMo涂层。通过显微硬度测试、平面孔隙测试、摩擦磨损实验、电化学实验和模拟海水超声波气蚀实验,测试涂层的显微硬度、孔隙率、摩擦因数、摩擦磨损性能、耐海水腐蚀性能和耐海水气蚀性能,分析La₂O₃对WC-20Cr₃C₂-11NiMo涂层耐磨耐蚀性能的影响。结果表明,改性后的涂层显微硬度提升到1400 HV0.2左右,平均孔隙率降低约48.6%;涂层磨损质量降低约33%,摩擦因数降低约30%,摩擦磨损表面微凹坑和微裂纹明显减少;电化学自腐蚀电位明显右移,电化学自腐蚀电流密度明显减小;涂层的气蚀质量损失减少约20%,气蚀坑洞明显减少和变小。HVAF喷涂La₂O₃改性后的WC-20Cr₃C₂-11NiMo涂层硬度略微提升,致密性、耐磨性、耐海水腐蚀性和耐海水气蚀性得到明显提升,除表面疲劳磨损外,表面摩擦磨损机理从严重磨粒磨损转变为轻微磨粒磨损,气蚀机理主要为流体冲击波侵蚀。     

Co含量对超细YG类硬质合金结构及性能的影响

制备了不同Co含量的超细硬质合金YG6和YG8,通过对试样进行表面形貌观察和物理力学性能测试,研究了Co含量对超细YG类硬质合金力学性能及组织结构的影响。在超细硬质合金的表面采用CVD法制备了TiCN-Al_2O_3-TiN多层复合涂层,对涂层合金进行微观结构观察、硬度和切削性能测试,探讨不同Co含量合金制备的刀具的切削性能。实验结果表明:随着Co含量的增加,WC晶粒更致密,没有发生晶粒异常长大,硬质合金硬度略有下降,相对磁饱和强度和抗弯强度增加,断裂源较少。Co含量低的硬质合金刀具磨损更严重,切削性能下降,刀具失效快。     

石墨鳞片表面镀铬对石墨鳞片/铜复合材料组织和性能的影响

通过盐浴镀覆在石墨鳞片表面镀铬,随后采用真空热压烧结技术制备了镀铬石墨鳞片/铜复合材料,研究了铬镀层的表面形貌和物相组成,并分析了铬镀层对石墨鳞片/铜复合材料显微结构和性能的影响。结果表明,盐浴镀铬层主要由Cr₃C₂和Cr₇C₃组成,经热压烧结后Cr₇C₃与石墨反应生成了Cr₃C₂;石墨鳞片表面镀铬可以明显减少石墨鳞片/铜复合材料界面处的孔隙,提高复合材料的热导率和抗弯强度,与未镀覆的复合材料相比,当镀铬石墨鳞片的体积分数为60%时,复合材料平面热导率相从594 W·m-1·K-1提高至625 W·m-1·K-1,抗弯强度提升65%。     

粗WC颗粒对低钴硬质合金组织与性能的影响

以粒度为5μm的粗WC颗粒和粒度为1μm的细WC颗粒为原料,采用6种不同的粗/细颗粒质量配比,通过低压烧结制备Co含量(质量分数,下同)为7%的低钴WC–Co硬质合金,测试材料的抗弯强度、断裂韧性和硬度,并采用扫描电镜(SEM)观察材料的微观组织、弯曲断口形貌及裂纹扩展情况,研究粗颗粒WC含量对低钴硬质合金组织与性能的影响。结果表明,随粗颗粒WC含量增加,WC晶粒度的分布表现为明显的双峰结构特征,从合金的弯曲断口观察到裂纹偏转以及穿晶断裂数量显著增加,以此阻碍裂纹扩展,从而提高合金的韧性。合金硬度随粗颗粒WC含量增加而下降。当粗颗粒含量(质量分数)为50%时,WC-7%Co硬质合金具有较好的综合力学性能,其硬度(HV30)为15.9 GPa,抗弯强度和断裂韧性分别为2 490 MPa和11.39 MPa·m1/2。     

B4C含量对ZrB2陶瓷微观结构及力学性能的影响

针对ZrB₂陶瓷粉末在球磨时易掺入ZrO2,影响ZrB₂陶瓷烧结致密化的问题,添加B₄C作为烧结助剂,采用无压烧结法制备ZrB₂陶瓷材料,研究B₄C含量(w(B₄C),下同)对材料微观形貌、硬度与抗弯强度的影响。结果表明,B₄C通过与晶粒表面的ZrO2发生反应,抑制ZrB₂晶粒粗化,减小晶粒尺寸,从而提高烧结致密度。随B₄C含量增加,ZrB₂陶瓷的晶粒尺寸和相对密度逐渐增大,抗弯强度和硬度先升高后降低。当w(B₄C)为7%时,ZrB₂晶粒细小,材料的抗弯强度和硬度(HV)达到最大,分别为242 MPa和12.65 GPa。w(B₄C)增加至9%时,出现晶粒异常长大,材料力学性能下降。     

不同粘结相WC基硬质合金微观结构与性能

以碳质量分数为理论含碳量的WC为硬质相，在1450℃下通过气压烧结制备WC-20Fe,WC-20Ni和WC-20Co硬质合金，通过X射线衍射、扫描电子显微镜、电子探针和力学性能测试研究了不同金属粘结相对烧结硬质合金微观结构和力学性能的影响。结果表明：WC-20Fe合金出现η脱碳相(Fe₃W₃C),W在粘结相Fe中的溶解度仅有1.915%(质量分数)，WC晶粒尺寸最小。WC-20Ni合金渗碳出现石墨相(C),W在粘结相Ni中的溶解度达到10.753%(质量分数)，WC晶粒尺寸最大，合金硬度最小。WC-20Co合金为正常两相区组织(WC+γ)，具有最高抗弯强度2720 MPa和最大硬度934.41 kg·mm^-2。所有合金断裂模式均为脆性断裂和沿晶断裂，WC-20Co合金断口出现明显的粘结相撕裂。     

ZrO_2(3Y)及CeO_2对细晶WC-6%Co硬质合金组织和性能的影响

采用费氏粒度分别为2.5μm和1.0μm的WC粉和Co粉为原料粉末,以ZrO_2(3Y)、CeO_2为添加剂,制备WC-6%Co硬质合金试样,研究了不同添加剂对WC-6%Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明,ZrO_2(3Y)呈球形弥散分布于粘结相中,提高了硬质合金的抗弯强度,但对WC晶粒度无明显影响;CeO_2能细化WC晶粒,减小硬质合金的孔隙,使硬质合金组织分布均匀,抗弯强度提高。