原位反应合成TiC/Cr18Ni8不锈钢钢结硬质合金组织结构

以铁粉、钛铁粉、铬铁粉、胶体石墨和镍粉等为原料,原位反应合成了TiC/ Cr18Ni8不锈钢钢结硬质合金,并用SEM、XRD、显微硬度计等对烧结试样进行显微组织和显微硬度分析.结果表明,钢结硬质合金主要组成相为TiC和Fe-Cr-Ni固溶体,硬质相TiC颗粒细小,形状规则,大部分在1 μm以下;随烧结温度的升高,钢结硬质合金的孔隙度减小,密度和硬度升高,但TiC颗粒略有长大.在相同烧结条件下,C/Ti成分克原子比为0.9的钢结硬质合金的密度和硬度比C/Ti成分克原子比为1.0的钢结硬质合金高,所合成的TiC颗粒更细小,分布更均匀.     

TiC添加对粗晶WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响

选用WC、TiC为硬质相,Co为粘结相,通过湿磨、制粒、模压成形、压力烧结制备(90-x)%WC-x%TiC-10%Co(x=0, 3, 5)硬质合金。分析了TiC含量对粗晶WC-10%Co基硬质合金材料的微观组织结构、磁学性能和力学性能的影响。研究结果表明:三组硬质合金的微观组织结构取决于TiC的含量,添加TiC能起到细化晶粒的作用,在烧结过程中WC和TiC反应生成(Ti,W)C固溶体。随着TiC含量的增加,合金的钴磁、矫顽磁力和硬度均升高而断裂韧性下降。TiC含量为5%的WC-TiC-10%Co硬质合金的洛氏硬度(HRA)和断裂韧性分别为89.8和10.5 MPa·m~(1/2)。     

升温速率对Micro-FAST制备WC-TiC-Co硬质合金组织和性能的影响

多物理场耦合活化烧结技术(Micro-FAST)作为一种电场辅助烧结的快速成型技术,是一种有效的微型零件制造方法。采用多物理场耦合活化烧结技术,将WC-8Co-xTi-nC(x=4,n=2 or x=6,n=0)粉末分别在25、50、75、100℃/s的升温速率下烧结,制备出尺寸为准■4 mm×4 mm的WC-TiC-Co微型圆柱硬质合金;并对WC-TiC-Co硬质合金的相对密度、硬度和显微组织进行研究。结果表明:当温度为1200℃、加热速率为50℃/s、压力为75 MPa、保温时间为12 min时,制备得到的WC-8Co-6Ti试样的力学性能好。     

SPS制备含钼WC-6Co硬质合金的工艺性能

以Mo粉、Co粉和自主研发的WC-6Co复合粉为原料,通过球磨、SPS制备Mo添加量为1%(质量分数)的细晶WC-6Co硬质合金。利用XRD、SEM、XPS、维氏硬度计和电化学工作站等研究SPS烧结温度、保温时间对合金组织和性能的影响。结果表明:随着SPS烧结温度的升高和保温时间的延长,WC-6Co-1Mo合金相对密度和断裂韧性持续增加,维氏硬度先增大然后略有下降。当烧结温度为1250℃、保温时间为5min时,制备的合金综合性能最佳。与相同工艺制备的WC-6Co和WC-6Co-4Mo合金进行对比,发现添加适量Mo能够有效抑制WC晶粒的长大,提高合金的硬度和韧性,但相对密度减小;同时,也能够增强合金在HCl溶液的耐腐蚀性能。     

高性能再生硬质合金的短流程回收制备

以WC-16%Co(质量分数)废旧硬质合金块体为原料,采用氧化-原位还原碳化的方法对其进行回收制备再生WC-16%Co复合粉,并对再生复合粉进行低压烧结制备再生硬质合金块体材料.通过热力学计算确定氧化物粉末和炭黑发生原位还原碳化反应的温度范围,采用实验方法系统研究了原料粉末中配C量对再生复合粉和再生硬质合金的物相组成、力学性能等的影响,并对再生合金的显微组织与性能的关系进行了分析.结果表明:随着原料粉中配C量的增加,再生复合粉中的Co6W6C相逐渐减少,总C和游离C含量增加;当配C量为16.60%时,可制备出化学成分符合原生WC-16%Co复合粉要求的再生复合粉,经低压烧结可得到物相纯净,断裂韧性达到23.05 MPa·m1/2,横向断裂强度达到4020 MPa的高性能再生硬质合金;再生硬质合金的Co相分布是否均匀,对再生硬质合金的综合性能优良与否起到至关重要的作用.     

烧结工艺和Y_2O_3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以TiC、TiN、Ni、Co等粉末为主要原料,以稀土Y2O3为添加剂,采用无压烧结技术制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究烧结工艺和稀土Y2O3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着温度的升高,TiC、TiN、WC、Cr3C2、Mo等相逐渐消失,向硬质芯相扩散发生固溶,经溶解-析出过程,最终形成新的Ti(C,N)硬质相和(Cr,W,Mo,Ti)(C,N)固溶体环形相,黏结金属Ni和Co主要以Ni相、TiCo和Co3W3C中间相的形式存在;稀土Y2O3的添加未改变Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相结构演变过程,材料的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性均随Y2O3添加量的增加呈先增加后降低的趋势,当Y2O3的加入量为0.8%(质量分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能最佳,样品的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性相比1450℃烧结50 min样品的分别提高了7.9%、45.8%和6.1%。     

含(W,Ti,Ta)C的超细硬质合金的性能及组织研究

本文在WC-8%Co(文中含量均为质量分数)、复合抑制剂(VC/Cr3C2)的基础上,添加不同配比的Cr3C2及(W,Ti,Ta)C,制备超细硬质合金。采用横向断裂强度检测、洛式硬度检测、SEM分析、TEM检测等方法,研究了Cr3C2和(W,Ti,Ta)C对超细硬质合金力学性能和组织结构的影响。结果表明:随着Cr3C2、(W,Ti,Ta)C的增加,晶粒大小没有显著变化,硬质合金的横向断裂强度减低,硬度提高。通过透射电镜观察,在WC-8%Co-4%(W,Ti,Ta)C-0.5%(VC/Cr3C2)硬质合金中发现了类似于孪晶的结构,并通过能谱证实了Cr3C2和(W,Ti,Ta)C的存在。WC-8%Co-4%(W,Ti,Ta)C硬质合金经1 390℃压力烧结后,硬度为93.8 HRA,抗弯强度为2 250 MPa,相对密度为99.7%。     

微波反应烧结制备WC-Co硬质合金工艺性能

以W粉、Co粉和碳黑为原料,通过球磨、压制成形及微波反应烧结制备WC-6Co硬质合金。采用XRD、SEM、密度计和维氏硬度计等研究微波反应烧结温度、升温速率、保温时间和W粉粒度4个因素对硬质合金组织与性能的影响。结果表明:选用粒度为1.3μm的W粉为原料,当温度大于1100℃时,W即可被C完全碳化生成WC;当温度为1300℃时合金致密性较好,维氏硬度(HV_(30))与断裂韧性(W_k)分别为1999N/mm~2和8.51MPa/m~(1/2),继续提高温度至1400℃时合金性能无明显变化。烧结温度越低、升温速率越大、保温时间越短,合金残留孔隙越多,导致维氏硬度与断裂韧性性能下降。当微波反应烧结温度为1300℃、升温速率100℃/min和保温时间10 min时制备的WC-6Co硬质合金微观组织均匀和综合性能最佳。选用粒度为27.0μm的W粉为原料按照最佳工艺烧结制备出WC-6Co硬质合金,并与平均粒度1.3μm的W粉制备的合金进行对比发现粗W粉颗粒制备的合金中存在W_2C,微波反应烧结工艺参数与W粉平均粒度相关。     

VC/Cr_3C_2及配碳量对WC-0.5Co超细硬质合金组织与性能的影响

以超细WC粉末和超细WC-6Co复合粉末为原料,添加VC/Cr3C2作为晶粒长大抑制剂,同时进行配碳,采用高能球磨和气压强化烧结制备晶粒度小于0.5μm的WC-0.5Co超细硬质合金,研究了不同VC/Cr3C2添加量及配碳量对其组织与性能的影响。结果表明:VC/Cr3C2有效抑制了烧结过程中WC晶粒的长大,显著提高了WC-0.5Co超细硬质合金的硬度。当VC/Cr3C2添加量为0.73%(质量分数,下同)时,合金的硬度(HV0.05)最高,达到32 658 MPa;同时一定的配碳量有利于控制合金中的脱碳,提高合金性能,当配碳量为0.2%时,WC-0.5Co-0.73VC/Cr3C2合金的综合力学性能最好,断裂韧性为6.935 MPa·m1/2,维氏硬度(HV0.05)为32 216 MPa。     

SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能

采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1450和1500℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达16.49GPa;断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5%时(质量分数,下同)可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7MPa·m1/2和1126.1MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。     

SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能研究

采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1 450 ℃和1 500 ℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达1 649 HV;断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5wt%时可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7 MPa.m_1/2和1 126.1 MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。     

钛基稀土激光熔覆层中TiC的生长规律研究

利用同步送粉激光熔覆技术在Ti811表面制备了TC4+Ni45+WC+CeO_2激光熔覆层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)分析了涂层的组织和相组成,分析了制备过程中的反应机理,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度。结果表明,涂层的α-Ti基底中分布有枝晶Ti C、纳米共晶Ti C(缺位型TiC_x)、TiB_2和金属间化合物Ti_2Ni等相;通过对比发现,加入CeO_2的激光熔覆层生成相密度明显增加,晶界密度明显增大,晶界强化特征明显,枝晶TiC粒径相对粗大,涂层中二次析出的纳米共晶Ti C依附于枝晶Ti C生长,形成了纳米共晶TiC+枝晶TiC的复合相结构;涂层的显微硬度高于基底的,涂层的最高硬度为697 HV0.5,较基底提高了约0.8倍。     

碳纤维增强纯钛烧结过程中TiC形成的影响因素及形态特征

以Ti粉和碳纤维为原料,采用氩气保护常压烧结的工艺方法,改变烧结温度等工艺参数和碳纤维的形态,获得了α-Ti与C纤维复合材料样品。利用SEM分析、微区成分分析和XRD物相分析,证明了烧结过程中Ti原子与C原子在Ti基体与碳纤维的界面反应生成了TiC,并有以碳纤维为导向形成TiC纤维的趋势。通过显微组织、显微硬度等辅助分析,考察了工艺参数对TiC形成及微观形态的影响规律。结果表明,氩气保护常压烧结时,随着烧结温度的提高,Ti基体与碳纤维的界面形成的TiC形态发生了显著变化,由致密的纤维状向具有显著颗粒构成的纤维状转化,碳纤维粉末化后加入时形成了分散的粒状TiC。     

TiC对WC-13Co细晶粒硬质合金组织和性能的影响

以WC、TiC为硬质相,Co为粘结相,通过湿磨混粉、造粒、模压成形、气氛烧结制备硬质合金材料。通过X射线衍射、SEM、万能材料试验机等方法研究了TiC的添加量对细晶粒硬质合金组织和性能的影响。结果表明:添加TiC可以抑制W在Co中的固溶,提高合金的磁性钴含量;烧结过程中WC和TiC反应生成一种灰色的(Ti,W)C固溶体,具有较高的硬度,随着TiC含量的增加,合金的钴磁、硬度均升高而抗弯强度下降。在裂纹扩展过程中,(Ti,W)C固溶体可以使裂纹发生偏转,延长裂纹扩展路径,同时可以对裂纹起到钉扎作用,对合金有增韧作用。     

碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

通过真空烧结方法制备了4种碳含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,通过X射线衍射分析仪、扫描电镜、万能力学试验机、维氏硬度测试仪等仪器检测Ti(C,N)基金属陶瓷试样的物相结构、微观组织、抗弯强度、硬度和断裂韧性,分析了碳含量和烧结工艺对Ti(C,N)基金属显微组织和力学性能的影响。结果表明,增加碳含量和提高烧结温度能促进烧结过程中的冶金反应,金属陶瓷显微组织中具有黑芯-灰环结构硬质相的黑芯部分体积分数减少,环形相体积分数增加,粘结相体积分数减少,显微组织均匀化。碳含量对横向抗弯强度(TRS)有显著影响;碳含量对硬度(HV)和断裂韧性(KIC)的影响较小,随碳含量上升,均略有增加。在1 440~1 500℃范围烧结,金属陶瓷的TRS保持在相近的水平值;随烧结温度升高,硬度HV下降;高温1 520℃烧结,能显著提升Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性KIC,提高裂纹扩展阻力。     

微量Ti元素的添加对中颗粒WC-8%Co硬质合金微观结构及机械性能的影响

以中颗粒原生WC粉、含有微量Ti元素的电解WC粉末及Co粉为原料,采用粉末冶金的方法分别制备原生WC-8%Co合金及电解WC-8%Co。在原生WC-8%Co中分别添加不同含量的Ti元素来探讨该元素对WC-8%Co合金微观结构与机械性能的影响,其中Ti元素以TiC的形式加入。测量合金的矫顽磁力、密度、硬度、抗弯强度及冲击韧性,使用金相显微镜、扫描电镜及X射线能谱仪对合金的微观结构进行分析。结果表明:电解WC-8%Co的抗弯强度与冲击韧性明显低于原生WC-8%Co合金。添加了微量TiC的所有WC-8%Co合金的硬度均大于原生WC-8%Co合金的硬度,且随着Ti含量的增加,合金的强度与冲击韧性呈现先降低后增加再降低的趋势。在电解WC-8%Co合金及添加TiC的合金中明显发现了第三相,随着TiC含量的增加,合金中的第三相由粗大状逐渐变成较小的近环状,第三相分布更均匀。     

感应熔覆原位合成TiC/Ti复合涂层的显微组织演变规律

以石墨和Ti粉为原料,在Ti6Al4V基体表面感应熔覆原位合成了TiC增强Ti基复合涂层,研究了预置反应物粉末中C含量和熔覆工艺参数对复合涂层微观组织演变、物相组成、增强体形态与分布、界面结合行为以及显微硬度的影响规律。结果表明,复合涂层内部原位自生TiC增强体分布均匀,与Ti基质相结合紧密、界面洁净,TiC增强体的最终形态与分布主要受涂层成分、凝固过程和自身晶体结构的影响。随着石墨含量升高,TiC增强体形态逐渐由短纤维状演变为等轴晶状,尺寸和体积分数以及涂层显微硬度逐渐增大。随着热输入量增加,Ti C尺寸逐渐增大,界面过渡区宽度及基体热影响也随之增加。     

烧结温度对Ti2SnC/TiC复合材料摩擦磨损特性的影响

以Ti、Sn和C的单质粉体为原料,通过放电等离子烧结技术合成Ti2SnC和TiC的复合材料.研究烧结温度对Ti2SnC/TiC复合材料组织和摩擦磨损等性能的影响.结果表明,烧结温度低于700℃时,烧结块体主要由Ti6Sn5相组成;烧结温度升高到900～1000℃时相组成变为Ti2 SnC+ TiC;当温度高于1000℃时Ti2SnC有分解迹象.1000℃烧结的复合材料具有较低的硬度和较小的摩擦因数.     

Pt催化作用下无氢碳化制备纳米WC粉及其烧结性能研究

针对无氢碳化中反应速率缓慢、颗粒长大的问题,在无氢碳化过程中添加少量Pt作为催化剂,制备纳米WC粉。采用热压烧结对WC粉进行烧结得到无粘结相硬质合金。研究了Pt添加对WC粉的形貌和烧结性能的影响,以及Pt和烧结温度对烧结样品的致密化,组织和力学性能的影响。结果表明,少量的Pt可显著降低无氢碳化温度,制备的WC粉粒径细小且均匀。随着烧结温度升高,无粘结相硬质合金的致密度增加,晶粒尺寸增大,硬度与断裂韧性增加,但烧结温度过高,出现异常长大晶粒和W₂C,导致无粘结相硬质合金的断裂韧性严重下降。最佳烧结工艺为,烧结温度1700 ℃,保温60 min,压力40 MPa,所得无粘结相硬质合金致密度达到98.8%,平均晶粒尺寸为263.6 nm,维氏硬度和断裂韧性分别为2887 kg.mm^_-2和7.1 MPa.mm^_1/2。     

(Ti+B4C)/Fe901比对等离子熔覆铁基涂层结构及硬度的影响

目的获得高质量等离子熔覆铁基涂层的优化成分。方法以Fe901、Ti、B_4C粉为原料,采用反应等离子熔覆法在Q235钢基体上原位合成铁基涂层,研究了反应物(Ti+B_4C)/Fe901质量比(15/85、25/75和35/65)对涂层中强化相的形成、界面结合情况、显微组织结构以及硬度的影响。结果铁基涂层均与基体呈冶金结合。(Ti+B_4C)/Fe901质量比较大时,会使界面结合处质量下降。(Ti+B_4C)/Fe901比为15/85时,涂层主要由(Fe,Cr)固溶体、TiB2、TiC、Ti8C5、Fe3C和Fe B相组成。增大(Ti+B_4C)/Fe901比,不会导致新相形成,但可以抑制Fe B析出,涂层中的TiC通过多步反应而形成。涂层显微硬度随(Ti+B_4C)/Fe901比增大,整体呈上升趋势。(Ti+B_4C)/Fe901比不大于25/75时,涂层显微组织较为均匀,显微硬度沿层深方向变化较平稳;进一步增大(Ti+B_4C)/Fe901比,涂层显微组织和硬度均呈现梯度分布,涂层上部硬度与下部硬度差值可达630HV0.1。结论通过调控主要增强相的反应物成分含量,可使等离子熔覆铁基涂层的显微组织和硬度呈现出梯度分布特征或较好的均匀性,从而满足不同的实际应用需求。