Cr3C2/CrN复合添加剂对非均匀结构硬质合金性能的影响

本文以粗、中、纳米颗粒WC为原料,采用粉末冶金方法制备了不同Cr₃C₂/CrN复合添加剂含量的WC-10%Co非均匀结构硬质合金,并研究了Cr₃C₂/CrN复合添加剂对硬质合金微观组织结构和性能的影响。结果表明：随着Cr₃C₂/CrN复合添加剂含量增加,WC晶粒被抑制效果越显著,合金硬度呈递增趋势,抗弯强度则先增加后减小。当Cr₃C₂/CrN复合添加剂含量为1%时,合金综合性能最佳,维氏硬度达到1270HV3,抗弯强度达到2880MPa。复合添加剂增强作用机理主要是因为复合添加剂溶解在液相Co中,降低了WC在Co相中的溶解度,减缓WC溶解-析出过程,抑制了WC晶粒聚晶和异常长大现象,并起到固溶强化和弥散强化的作用,有效提升了合金综合性能。     

WC粉末粒度与形貌对WC-6Ni亚微米硬质合金组织及性能的影响

采用3种亚微米级WC粉制备了3种相同组成成分的WC-6Ni亚微米硬质合金,探讨了WC粉末粒度与形貌对WC-6Ni亚微米硬质合金组织及性能的影响。结果表明:在相同成分、相同工艺条件下,WC粉末越细,所制备的合金晶粒度越小;原始WC颗粒形貌对合金中WC晶粒形貌及合金性能没有明显影响;对于亚微米硬质合金,当粘结相含量一定时,合金硬度随着合金晶粒度的增加而缓慢减小,其抗弯强度随合金晶粒度的增加而缓慢增加。     

添加粗晶WC对WC-Co硬质合金组织与力学性能的影响

以不同粒径WC粉、超细Co粉作为原料,通过低压烧结,制备添加粗晶WC的WC-Co硬质合金。采用XRD,SEM研究WC-Co硬质合金的物相组成及微观形貌,利用维氏硬度仪测试,计算合金的维氏硬度及断裂韧性。结果表明,由于粗晶WC的添加,裂纹在扩展过程中出现了明显的偏转,且穿晶断裂现象明显增多,对裂纹的扩展产生一定的阻力,使硬质合金的韧性提高。当添加的粗晶WC粒径为1μm时,合金的硬度由未添加粗晶WC时的1 930 HV降低至1 800 HV,断裂韧性由12.85 MPa·m1/2提高至15.05 MPa·m1/2,综合力学性能达到最佳平衡。     

烧结工艺对低Co超细晶硬质合金性能的影响

低Co超细晶硬质合金具有比常规的超细晶硬质合金更高的硬度、耐磨性、红硬性,在精密机械、加工刀具、特种耐磨材料及零件、拉拔模具等领域有其独特的优势和广泛的应用。本文以超细WC粉和球形Co粉为原料,采用真空烧结或低压烧结制备低Co超细晶硬质合金。采用低压烧结技术可成功制备出硬度为2110 HV30,矫顽力为55.7 kA/m,抗弯强度为2 250 MPa的低Co超细晶硬质合金。采用SEM、金相显微镜、维氏硬度计、矫顽磁力仪、材料实验机等研究烧结工艺对合金显微组织和物理机械性能的影响。结果表明:提高烧结温度或采用低压烧结,可以使低Co超细晶硬质合金中的孔隙度减少,强度提高。低压烧结制备的合金晶粒度大于真空烧结制备的合金晶粒度,但是采用真空烧结制备的合金中易出现WC晶粒异常长大现象。     

超细晶硬质合金用原料Co粉的选择

除球磨时间、碳含量、抑制剂及烧结方式对超细晶硬质合金的性能影响较大外,WC粉和Co粉原料的选择也对超细晶硬质合金有重要的影响。采用不同球形度、氧含量和硫含量的Co粉作为粘结相,在相同的工艺条件下,制备成分相同的超细晶硬质合金。通过考察制备合金的抗弯强度(TRS)、断裂韧性(KIC)和HV30等力学性能,评定不同Co粉对合金性能的影响。结果表明:在相同的工艺条件下,随着球形度增加,Co粉在混合料中分布更均匀,合金的TRS随之提高,但硬度和KIC变化不大;合金的TRS和硬度随着Co粉松装密度的增大略有下降;Co粉中氧含量及杂质(如S等)含量对超细晶硬质合金性能影响重大,过量的氧和杂质能使超细晶硬质合金综合性能大幅降低。     

微波烧结制备WC-12Co硬质合金

以88%WC+12%Co混合料粉为原料,采用微波烧结制备WC-12Co硬质合金,研究烧结温度与保温时间对合金密度和硬度以及显微组织的影响。结果表明,在1400～1475℃范围内,随烧结温度升高,WC晶粒长大不明显,合金密度和硬度增大。在1475℃的烧结温度下保温0min,烧结周期1.5～2h,烧结合金的相对密度达99.8%,硬度为87.5HRA,烧结样品显微组织结构均匀,但保温时间超过30min后由于晶粒异常长大以及钴相分布不均匀,导致合金的密度和硬度急剧下降。采用辅助加热材料和保温材料以及设计合理的样品摆放,可降低样品中不同部位的温度梯度,从而获得形状良好的合金样品。     

碳辅助氢还原/碳化法制备纳米WC粉的烧结工艺研究

以碳辅助氢还原/碳化法制备的纳米WC粉为原料,采用低压烧结工艺制备超细晶WC-6Co硬质合金。采用XRD和SEM表征了烧结工艺对WC-Co烧结体的物相组成和显微形貌的影响,并测试了烧结体的力学性能。结果表明,随着烧结温度升高和时间延长,烧结体的致密度增加,晶粒尺寸增大,硬度和抗弯强度随着致密度增加而提高,但烧结温度过高或时间过长,会降低烧结体的性能。最佳烧结工艺为,烧结温度1 360°C,保温时间60 min,所得WC-6Co硬质合金的平均晶粒尺寸为305 nm,洛氏硬度和抗弯强度分别达到94.6 HRA和4 450 MPa。     

WC-10Co硬质合金热压工艺与晶粒抑制剂的研究

采用粒度为0 81μm的超细WC粉和粒度为1 35μm的Co粉,通过添加Cr3C2和VC作为晶粒长大抑制剂,采用热压(HP)烧结工艺制备了平均晶粒度小于0 8μm的WC-10Co硬质合金,检测了合金的显微硬度和显微组织。研究结果表明:随着烧结温度和保温时间的增加,WC-10Co硬质合金试样的显微硬度明显升高;添加晶粒长大抑制剂有效地抑制了晶粒的长大,明显提高了WC-10Co硬质合金的显微硬度;其中采用0 8Cr3C2+0 4VC晶粒长大抑制剂的样品显微硬度最高,达到22560MPa(2256kgf/mm2)。根据本实验研究结果,晶粒长大抑制剂对WC-10Co硬质合金作用效果的顺序为:(Cr3C2+VC)>Cr3C2>VC。     

烧结工艺对粗晶硬质合金微观组织及性能的影响

以粗颗粒WC为原料,分别经真空烧结和低压烧结制备成WC-12%Co粗晶硬质合金;通过扫描电镜、光学金相显微镜以及显微硬度、矫顽磁力和抗弯强度测试,研究不同烧结工艺制备粗晶硬质合金的显微组织和性能。结果表明:与真空烧结相比,低压烧结可提高粗晶硬质合金的综合性能;随着炉内惰性气体压力从2 MPa增大到5 MPa,合金密度、矫顽磁力、硬度、抗弯强度和冲击韧性的变化均不明显。     

超细晶WC-Co硬质合金制备技术的研究

以经喷雾转化、煅烧、低温还原碳化工艺制备出的纳米晶WC-6%Co复合粉末为原料,不添加晶粒长大抑制剂,经湿磨、成形和压力烧结工艺,成功制备出WC晶粒度在400nm左右的超细晶WC-Co硬质合金,并与传统工艺制备的合金进行性能对比。结果表明:复合粉末制备的合金中WC晶粒大小、组元分布更加均匀,晶粒无异常长大现象,强度和硬度均高于传统工艺制备的合金。     

Mo添加对WC-6Co硬质合金组织性能的影响

通过SPS工艺制备了不同Mo含量的WC-6Co硬质合金,并采用XRD、SEM和摩擦磨损机分析了合金的物相组成、微观组织及力学性能,借助动电位极化曲线分析了合金的电化学腐蚀行为,从而研究Mo对合金微观组织、硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明:添加Mo元素能够有效抑制WC晶粒的长大,利于提升合金硬度,但随着Mo含量的升高,合金致密度持续减小,其硬度先升高后降低,耐磨性能下降。Mo能有效增强硬质合金在酸性溶液中的耐腐蚀性;合金更容易受到盐酸的腐蚀,但SO_4~(2-)对合金的腐蚀作用比Cl~-强,合金在硫酸中的腐蚀电流密度更大,腐蚀速率更快。     

WC-Co硬质合金制备中铝元素对钨产品的影响

在仲钨酸铵(ammonium paratungstate,APT)中添加一定量的Al(NO_3)_3·9H_2O,制得Al含量(质量分数)为1.0%的APT-Al复合粉末。经煅烧、还原、碳化和液相烧结,分别得到含Al的W粉、WC粉及WC-Co硬质合金等钨产品。通过X线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对W及WC粉的形貌及结构进行分析,并分析Al元素在几种钨产品中的分布,研究WC-Co硬质合金制备过程中Al元素的相演变情况,以及Al元素对各阶段钨产品组织形貌与结构的影响。结果表明:在WC-Co硬质合金的制备过程中,Al元素经历Al_2(WO_4)_3—AlWO_4—Al_4C_3的相演变。Al_2(WO_4)_3和AlWO_4阻碍W颗粒通过"挥发-沉积"机制而长大,导致钨粉细化;Al_4C_3颗粒分布于WC颗粒之间,并阻碍细小WC颗粒通过晶界迁移而长大;WC-Co硬质合金中的Al元素主要分布在Co粘结相中以及细小WC颗粒聚集处,使得合金的致密度、硬度和断裂韧性都降低。     

0.2微米级超细晶硬质合金的烧结行为

近10年来,晶粒度在0.3～0.6 μm内的超细晶硬质合金已获得充分的工业化应用.无论是基于开拓新的应用领域的需要还是继续提高现有PCB刀具的使用寿命,人们都在持续研究0.2 μm级乃至纳米品硬质合金.本研究采用传统硬质合金生产工艺制备含稀土的、0.2μm超细晶硬质合金,研究烧结温度对WC形貌、粒度及钴相大小的影响;通过扫描电镜和能谱分析观察和分析合金中碳化铬及稀土的分布.结果表明,随着烧结温度升高,WC晶粒有明显长大的趋势,且颗粒长大与颗粒形状的规则化同时进行.在传统的生产工艺条件下,纳米稀土氧化物Y2O3对WC晶粒长大的抑制作用不明显,但能抑制钴相长大.稀土作为第三相在合金中均匀分布.     

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。     

烧结方法对WC-Co硬质合金性能的影响

以原位还原碳化反应法制备的超细WC-Co复合粉为原料,分别采用放电等离子烧结、低压烧结和真空烧结工艺获得块体硬质合金,系统研究烧结方法对合金的显微组织、密度及力学性能的影响。结果表明:放电等离子烧结的合金中,主相为WC和Co,有少量η相(Co6W6C),低压烧结和真空烧结获得的合金中物相为WC和Co;所用3种不同的烧结方法均能获得细晶块体硬质合金,其中放电等离子烧结的晶粒最细为0.35μm;低压烧结合金具有优异的综合性能,HV30为15 121 MPa,断裂韧性为13.6 MPa.m1/2,横向断裂强度为4 210 MPa。     

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。     

WC/MgO/CeO_2复合材料的组织结构与力学性能研究

在真空热压烧结制备硬质合金WC/MgO的基础上,添加适量稀土添加剂CeO_2,并改变烧结参数,获得WC/MgO/CeO_2复合材料,对其物相组成、显微组织的致密化过程、力学性能进行研究。结果表明:随着烧结温度的升高,晶粒不断长大,1 650℃下WC平均晶粒尺寸为1.674μm,晶粒边缘圆润,致密度96.979%,维氏硬度16.251 GPa、断裂韧性10.326 MPa·m~(1/2)。当温度升至1 720℃时,部分WC晶粒异常长大,边缘多含棱角,致密度仍在增加但变化不大,而力学性能显著下降。根据在不同烧结温度下保温不同时长统计的WC平均晶粒尺寸数据,计算出WC/MgO/CeO_2复合材料在热压烧结保温过程中晶粒生长所需的摩尔激活能为459.13 kJ/mol,相较于WC/MgO复合材料,晶粒生长激活能有提高的趋势,这归因于CeO_2降低了WC晶粒表面能或晶粒间的界面能。     

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。     

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。     

仲钨酸铵结晶掺Cr制备的WC粉和超细硬质合金的性能研究

与固相掺Cr相比,仲钨酸铵结晶掺Cr制备WC粉的宏观和微观均匀性较好;用其制备的超细WC-Co类硬质合金晶粒细小、粒度分布窄,组织均匀,合金中无异常晶粒、孔隙等缺陷,硬度和强度有一定提升,密度、钴磁、磁力等性能相近。