Ti(C,N)的碳氮比及粒度对脱β层梯度硬质合金的影响

研究了Ti(C,N)的粒度和组成对脱β层梯度硬质合金性能和组织结构的影响。结果表明,Ti(C,N)粒度范围位于1.5μm～3.0μm之间和碳氮质量比控制为1∶1最有利于梯度硬质合金脱β层的形成。     

烧结工艺对梯度结构硬质合金梯度层组织和厚度的影响

本文用两步烧结方法制备了梯度结构硬质合金,用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析研究了不同的烧结工艺和基体中Co含量对梯度层元素浓度分布、梯度层厚度及显微组织的影响。实验结果表明,烧结温度和保温时间对脱β层厚度有很大影响,基体中高的Co含量有利于梯度层厚度的增加。     

表面脱β层梯度结构硬质合金研究进展

随着涂层技术在硬质合金领域的日益广泛应用,制备可防止涂层裂纹向基体扩展的具有表面脱立方相碳化物(即β相)的梯度结构的硬质合金基体成为需要。文中概述了此类结构合金的形成机理、影响因素以及发展现状和方向等。     

烧结工艺对脱β层厚度及性能的影响

改变硬质合金烧结工艺控制的几个关键因素,通过测量合金的理化性能,利用扫描电镜分析合金的内部结构,研究了烧结气氛(真空,N_2)、烧结温度、烧结压力对硬质合金梯度结构和机械性能的影响。结果表明,对于含氮硬质合金的梯度烧结,适时引入一定量的氮气可抑制合金中含氮物质的早期分解,可用氮压来控制梯度增长速率,烧结气氛中氮气压力适宜控制在100～200 mbar;随着烧结温度的提高,合金的致密度和脱β层梯度厚度增加明显,合金抗弯强度增加;随着烧结压力的增大,合金脱β层梯度厚度变薄。     

立方相对超细晶梯度硬质合金微观组织的影响

以超细WC粉末为原料,采用低压预烧结和梯度烧结两步法制备了超细晶梯度硬质合金。通过添加不同的立方相,研究了立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响。结果表明,仅添加Ti(C,N)可以形成较厚的梯度层,但梯度烧结后WC晶粒尺寸有较大的增长。(W,Ti)C和(Nb,Ta)C的加入不利于较厚梯度层的形成,但在梯度烧结过程中可以抑制WC晶粒的生长。添加(Ti,W)C的合金在梯度烧结后出现了少量尺寸大于1 μm的WC晶粒,(Ta,Nb)C的加入可以很好的抑制合金中芯环结构立方相的形成。     

真空/压力烧结对硬质合金脱β层的影响

研究了真空和真空/压力烧结两种工艺对均质、梯度硬质合金的性能及其组织结构的影响,分析了梯度硬质合金脱β层的形成机理。研究表明,采用真空/压力烧结工艺可使硬质合金的抗弯强度得到明显提高;而采用相同烧结工艺时,梯度硬质合金的抗弯强度高于均质合金;梯度合金经真空/压力烧结后,虽然脱β层的厚度减小,但强度仍有增加。     

硬质合金表面脱β层工艺研究

主要研究了硬质合金含碳量、含氮量与脱β层间的影响关系,从动力学上对合金这一组织结构的形成机理进行了论证,通过试验得出碳、氮的添加量直接影响到脱β层的厚度,为产业化脱β层合金工艺控制指明了方向。     

梯度硬质合金梯度层形成的计算机模拟及验证

结合相图热力学计算,使用DICTRA软件计算模拟Co-W-Ti-C-N、Co-W-Ti-Nb-C-N和Co-W-Ti-Ta-C-N体系梯度硬质合金梯度层形成过程,对比计算模拟和实测的梯度硬质合金中Co含量的距离变化曲线。通过分析各相体积分数及组元成分随距离的分布研究烧结时间、烧结温度、Co含量和Ti含量对梯度层厚度的影响。结果表明:计算模拟与实验数据吻合较好。延长烧结时间、升高烧结温度和增加Co含量均会促进梯度层厚度的增加,而增加Ti含量则会抑制梯度层厚度的增加。     

烧结碳势对梯度硬质合金组织结构的影响

结合热力学计算,通过两次烧结法,先在含氮气氛下预烧结,然后在不同碳势的气氛下梯度烧结,分别制备了WC-Ti(C,N)-7.5%Co、WC-Ti(C,N)-10%Co、WC-Ti(C,N)-7.5%Co-3%Nb和WC-Ti(C,N)-10%Co-3%Ta共4组成分的梯度硬质合金。通过对其成分分布和微观组织结构的表征,研究了烧结碳势对不同组分的梯度硬质合金基体合金表面无立方相层厚度的影响。结果表明:烧结碳气氛与合金碳势差较大时能形成表面无立方相层,烧结气氛的碳势越高,表面无立方相层越薄;在气氛与合金碳势差过小时不形成梯度,而是形成均质结构;Co含量提高,更容易形成梯度,表面无立方相层加厚;加入了Ta或Nb之后,立方相增多,梯度形成效果更明显,但无立方相层变薄。     

WC-Co梯度硬质合金的制备及渗碳对其组织的影响

采用光学金相检测、扫描电镜分析、能谱分析等方法对WC-6Co硬质合金渗碳处理后的成分和梯度组织结构进行分析.结果表明:对硬质合金渗碳处理后可形成显微组织和钨、钴含量的梯度分布,其特征是合金表层和次表层的η相已经完全消失,属正常的WC γ两相组织,合金的芯部依然是含η相的三相组织,中间形成了一个富钴层;碳原子的扩散和液相钴的流动是形成梯度的原因;在各渗碳温度下,合金的梯度结构厚度均随渗碳时间的增加而增加;在渗碳时间和渗碳温度相同的情况下,合金的梯度层厚度均随合金初始总碳含量的增加而增厚.渗碳处理后外表面的WC晶粒可能会产生一定的粗化现象.     

表面无立方相层功能梯度硬质合金的研究进展

综述了目前应用于涂层基体的无立方相层含氮功能梯度硬质合金的研究进展;详细介绍无立方相层的形成热力学基础、梯度结构特征、机理和动力学研究进展以及力学性能和切削性能;重点评述C、N含量以及组分对无立方相层的影响规律;提出获取合金系统真实的热力学相图和动力学数据是今后研究工作的重点。     

渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响

采用预烧结-后续渗碳的方法制备钴相呈梯度分布的硬质合金,通过对试样显微组织的观察和抗弯强度的测试,研究渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响。结果表明:试样富钴层钴相含量随渗碳时间的延长而增加,试样的抗弯强度随渗碳时间出现了峰值现象,即当渗碳时间少于140min时,试样的抗弯强度随渗碳时间的增加而增加,在渗碳处理140min时出现最大值,当渗碳160min后,试样的抗弯强度开始下降。分析认为,富钴层中金属钴的良好塑性变形能力能有效地吸收来自外部裂纹扩展的能量,提高合金的抗弯强度,同时当渗碳时间过长时(超过140min),WC与η相晶粒出现了聚集长大,造成钴相分布不均匀,并局部形成Co池,导致试样抗弯强度的下降。对于直径为10mm的矿用梯度球齿,其合理的渗碳时间应控制在120～140min。     

双相结构功能梯度WC-Co合金的微观组织结构与小负荷维氏硬度

用光学显微镜观察了采用两步法工艺制备的双相结构功能梯度WC-Co硬质合金的微观组织结构，并测量了其小负荷维氏硬度。结果表明：合金芯部的η相呈点状弥散分布于硬质相WC颗粒之间和硬质相WC颗粒与Co粘结相之间；在3相区，由于超细η相的存在，WC晶粒大部分已失去其多角特征，出现晶粒圆化现象；DP合金前驱体在后续渗碳处理过程中，合金表层的部分Co在碳势差的作用下向合金内部发生迁移，使合金中间过渡层及其附近区域中Co粘结相呈现梯度变化；合金表层与合金中间过渡层在由原来的3相组织变为两相组织的同时，合金中细小的WC晶粒明显减少。WC晶粒的均匀度明显增加；合金截面的小负荷维氏硬度出现由高变低再由低变高的规律性变化，与合金内部微观组织结构的变化相对应。     

碳含量对铁镍代钴硬质合金组织和性能的影响

通过配制不同碳含量的WC+TiC+Ni+Fe硬质合金,采用光学金相、X射线衍射等分析方法,对比研究了铁镍代钴硬质合金中出现正常组织的碳含量范围以及碳含量变化对硬质合金组织和性能的影响。结果表明:合金中碳的质量分数在5.83%～5.99%范围内出现正常组织;在碳含量研究范围内,合金密度和硬度随碳含量的增加而降低,合金抗弯强度随碳含量的增加,呈现先升高再降低的趋势,在碳含量为5.91%时出现最大值。     

Effect of secondary carbides addition on the microstructure and mechanical properties of (Ti, W, Mo, V)(C, N)-based cermets

(Ti, W, Mo, V)(C, N)-based cermets were prepared by mixing Mo₂C, WC and TaC with ultrafine (Ti, W, Mo, V)(C, N) powders, and then processed via a conventional P/M technique. The effect of Mo₂C, WC and TaC on the microstructure and mechanical properties of (Ti, W, Mo, V)(C, N)-8 wt.% Ni-7 wt.% Co systems was investigated. The Mo₂C content was varied from 0 to 10 wt.% and additive WC or TaC was added at a level of 5 wt.% with Mo₂C addition. The results show that the densification of (Ti, W, Mo, V)(C, N)-8 wt.% Ni-7 wt.% Co cermets was improved significantly by the addition of Mo₂C. With the increase of Mo₂C content, there is a coarsening tendency in the microstructure of (Ti, 20W, 15Mo, 0.2V)(C, N)-8Ni-7Co system, but the refinement for (Ti, 15W, 5Mo, 0.2V)(C, N)-8Ni-7Co. TaC addition decreases the density of (Ti, 15W, 5Mo, 0.2V)(C, N)-10Mo₂C-8Ni-7Co cermet and thus weakens its bending strength. (Ti, 15W, 5Mo, 0.2V)(C, N)-10Mo₂C-5WC-8Ni-7Co cermet has optimal mechanical properties: bending strength of 1999 MPa, hardness (H_v) of 1677 MPa and toughness of 9.95 MPa m^1/2 respectively by adding WC, which is due to its ultrafine and weak core/rim structure.     

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.     

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%。     

钎焊中高温氧化对硬质合金的影响

研究了YG-11C硬质合金在900、950、1000℃下加热的氧化行为,并测试了在钎焊过程中受氧化的硬质合金刀头性能。结果表明,硬质合金在900℃以上加热10 min发生氧化,硬质相WC和粘结相Co被氧化成WO3和Co WO4;氧化后的硬质合金发生变形及增重,随温度升高,氧化现象更严重,变形增重更明显;高温钎焊后的硬质合金刀头表面氧化后,微观组织变得疏松多孔,硬度及耐磨性明显降低。     

烧结温度对铁镍代钴硬质合金组织和性能的影响

采用传统粉末冶金工艺制备了WC+TiC+Ni+Fe硬质合金,研究了不同烧结温度对铁镍代钴硬质合金显微组织和性能的影响。结果表明:烧结温度为1 400～1 480℃时,合金组织正常,无石墨相和η相产生。试样的密度随烧结温度的上升而逐渐增加。在研究的烧结温度范围内,WC+TiC+Ni+Fe合金的硬度和抗弯强度值都是先升高,再缓慢降低。试验最佳烧结温度为1 440℃,材料的综合力学性能最好,硬度和抗弯强度值达到"双高",其值分别为91.6 HRA和1 720 MPa。并且此时合金的切削性能与传统的WC+TiC+Co合金相当。