(W,Ti)C的添加对WC-8%Co合金组织和性能的影响

采用粉末冶金的方法制备了不同Ti含量的WC-8%Co硬质合金。研究Ti含量对WC-8%Co硬质合金组织和性能的影响。采用金相显微镜与扫描电镜对合金的微观结构进行分析,并测量合金的物理机械性能。结果表明:随着Ti含量的增加,WC-8%Co合金的密度随之降低,硬度随之增加,矫顽磁力先增加后降低。与添加了(W,Ti)C的WC-8%Co合金相比,未添加(W,Ti)C的WC-8%Co合金具有高的冲击韧性与抗弯强度(50.5 kJ/m~2及3050 MPa)。当Ti含量为0.1%时,合金的冲击韧性与抗弯强度急剧降低,达到0.2%时,明显回升再增加,又有所降低。     

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)。     

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。     

添加Al_2O_3对粗晶WC-10%Co硬质合金力学性能和显微结构的影响

以超粗碳化钨粉和球形钴粉为原料,通过在粗晶WC-10%Co基体中加入细微Al2O3颗粒,通过低压烧结制备粗晶硬质合金。采用金相显微镜、扫描电子显微镜观察合金微观形貌,测定抗弯强度、冲击韧性、硬度等力学性能。结果表明:添加一定含量的Al2O3可以使硬质合金的晶粒细化,晶粒形貌趋向球化而且分布均匀,因为球化WC晶粒和较大的Co相平均自由程的存在使得裂纹产生偏转、分叉和不连续现象,从而提高硬质合金的抗弯强度,冲击韧性和耐磨性。添加是质量分数0.4%的Al2O3使合金的抗弯强度从2 492 MPa提升到2 832 MPa,冲击韧性从6.18 J/cm2提升到7.52 J/cm2。     

添加Cr_3C_2对WC-Co硬质合金微观组织和性能的影响

本文以WC粉、Co粉及Cr_3C_2粉为原料,采用粉末冶金方法制备了不同WC晶粒度、不同Cr_3C_2含量的WC-15%Co硬质合金,通过显微硬度、电化学极化曲线测试,以及金相、扫描电镜观察等试验手段研究了Cr_3C_2含量对不同晶粒度WC-Co合金微观结构和抗腐蚀等性能的影响规律。结果表明,在细颗粒WC-15%Co合金中添加Cr_3C_2后,合金的硬度升高,强度降低;而在粗颗粒WC-Co合金中添加Cr_3C_2后,合金的硬度和强度都将升高。通过Tafel极化曲线测试可以看出WC晶粒度对相同钴含量合金的耐腐蚀性能没有明显线性关系;无论是细颗粒合金还是粗颗粒合金,添加Cr_3C_2均可提高其抗腐蚀性能和细化晶粒。     

Cr_3C_2添加量对WC-12%Co超细硬质合金组织和性能的影响

为制备具有超高强度的硬质合金,以Cr_3C_2为抑制剂,使用超细WC粉末,配置不同Cr_3C_2含量的WC-12%Co混合料,以酒精为介质行星球磨48 h,干燥后压制成45 mm×6.5 mm×6.5 mm的试样,然后在低压烧结炉中1 430℃烧结成型。采用SEM、XRD、万能材料试验机、自动钴磁仪等研究了Cr_3C_2添加量对WC-12%Co超细硬质合金组织和性能的影响。结果表明:随着Cr_3C_2含量的增加,WC-12%Co合金平均晶粒尺寸减小,合金孔隙率增加且孔隙尺寸增大,硬度提高,比饱和磁化强度减小,矫顽磁力增大;合金抗弯强度提高。当Cr_3C_2添加量为0.6%时,合金抗弯强度达到4.3 GPa,继续添加Cr_3C_2,合金中出现缺碳相,抗弯强度急剧降低。     

WC-10%Co细晶硬质合金晶粒夹粗的模拟研究

在细晶硬质合金原料粉末中添加少量4μm和11μm的WC粉末模拟合金中的晶粒一般夹粗和异常长大,研究粗晶WC含量及尺寸对WC-10%Co细晶硬质合金组织与性能的影响。结果表明:添加2%～8%的4μmWC粉末的合金,合金中的粗晶WC零星分布,粗晶尺寸约4～10μm,粗晶面积分数约0.29%～1.42%;添加2%～8%的11μmWC粉末的合金,合金中的夹粗现象非常明显,粗晶WC大于10μm,粗晶面积分数约0.99%～5.03%,呈现较明显的双峰组织。粗晶WC的粒度和含量影响WC-10%Co细晶硬质合金的性能,当参比原料粉末中添加相同规格的WC粉末时,随着添加量的增加,磁力、硬度、横向断裂强度、抗压强度逐渐下降,断裂韧性逐渐增加。添加2%的4μmWC粉末的WC-10%Co细晶合金,粗晶WC尺寸小于10μm且均匀分布,每平方毫米粗晶个数约为438,粗晶面积分数为0.29%,综合性能可达到未含夹粗WC合金的性能。     

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。     

稀土Y_2O_3对WC-6%Co超细硬质合金组织及性能的影响

本文研究了在复合抑制剂(Cr3C2/VC/TaC)组成及含量不变的基础上,添加不同量Y2O3对WC-6%Co超细硬质合金的组织结构、磁性能及力学性能的影响。通过XRD以及性能测试,研究发现:在WC-6%Co超细硬质合金中添加Y2O3,能起到细化晶粒的效果,当添加0.2%Y2O3时,合金的晶粒最细,致密度最好,WC晶粒分布均匀;Y2O3会影响WC-6%Co超细硬质合金的磁性能,随着Y2O3含量的增加,合金的矫顽磁力增加,磁饱和强度略有降低,Y2O3能有效的改善合金的机械性能,特别是其抗弯强度。结果表明,当抑制剂配方为0.8%(Cr3C2/VC/TaC)+0.2%Y2O3时,制备的WC-6%Co超细硬质合金的机械性能具有最佳值,硬度达到94.1 HRA,抗弯强度1 770 MPa。     

板状WC晶种加入对硬质合金性能的影响

通过加入板状WC晶种制备含板状WC晶粒的WC-10%Co和WC-20%Co硬质合金,研究了加入板状WC晶种对两种硬质合金显微组织和性能的影响。结果表明,加入板状WC晶种后硬质合金中的WC晶粒具有明显的板状特征,WC-20%Co中的板状WC晶粒比WC-10%Co多且尺寸大。少量晶种的加入对WC-10%Co和WC-20%Co硬质合金密度基本无影响,但两者的硬度和抗弯强度都有所增加,特别是抗弯强度分别提高了12%和11%。     

电溶WC的重碳化处理工艺研究

通过对电溶WC粉重碳化前后粉末化学成分的变化及其制取的WC-8%Co合金物理机械性能及金相组织结构的对比研究,证示重碳化后电溶WC粉中的杂质含量大为降低,氧含量由0.21%下降至0.074%,Mg、Cd、Ca、Na等均呈数量级的下降。WC颗粒比碳化之前要明显地长粗,生产的合金的密度比普通电溶WC制取的合金要高,孔隙度明显降低,宏观孔洞消除,抗弯强度提高达14%。     

WC-6%Co硬质合金的冲击磨粒磨损性能研究

用MLD-10型动载磨粒磨损试验机研究了不同晶粒度YG6硬质合金的冲击磨粒磨损性能。对试样进行了失重测量,并用FESEM分析磨损试样表面形貌。结果表明,硬质合金的耐磨性能与粘结相自由程、WC晶粒度有关;在本实验条件下,随着WC晶粒度或粘结相自由程增加,合金耐磨性先增加后减小,特定WC晶粒度配比的混晶WC-6%Co合金的抗冲击耐磨性能最好。合金的磨损失效机制也发生了转变:细晶合金主要表现为WC颗粒的剥落;随WC晶粒度增加,合金主要表现为大颗粒WC破碎后脱落。在以SiC为磨料的冲击磨粒磨损试验中,WC-6%Co合金的磨损是以WC颗粒的破碎和碎片脱落为主要的失效机制。     

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。     

碳量及B类孔隙对WC-8%Co硬质合金抗弯强度的影响

采用粉末冶金方法制备了WC-8%Co硬质合金试样,经氢气烧结后,利用钴磁测试仪、强度测试仪、电子显微镜和金相显微镜分别对试样的钴磁和抗弯强度进行测定、对试样断口和金相缺陷进行观察。研究了WC-8%Co硬质合金抗弯强度与碳量(相对磁饱和)、金相缺陷(B类孔隙)之间的关系。结果表明:将试样碳含量及孔隙度控制在一定的范围内,可以使试样抗弯强度保持在较高的水平,当试样相对磁饱和为88%~92%,B类孔隙为B00时,合金显微组织中WC晶粒较为均匀,无异常长大情况,WC-8%Co硬质合金抗弯强度可达3 286 N/mm2;同时,抗弯强度值的大小随孔隙度的增多而下降。另外,氢气烧结后经HIP处理可以有效消除WC-8%Co硬质合金中的孔隙缺陷,从而提高合金抗弯强度,经HIP处理的试样的强度比正常样的强度高出2.3%。     

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%。     

Effects of fine WC particle size on the microstructure and mechanical properties of WC-8Co cemented carbides with dual-scale and dual-morphology WC grains

Dual-scale and dual-morphology WC grained WC-8Co cemented carbides comprising triangular or hexagonal fine WC grains and plate-like coarse WC grains were synthesized by vacuum sintering using Co, flaky graphite, WC, and coarse W as the starting materials. The effects of fine WC particle sizes on microstructure, relative densities, and mechanical properties of the dual-scale and dual-morphology WC grained cemented carbides were investigated. The results revealed that the growth of plate-like coarse WC grains was further promoted with the decrease in the particle size of the added fine WC; hence, their aspect ratio increased. In addition, added fine WC led to the separation of plate-like coarse WC grains so as to break their oriented arrangement and prevent their face contact; hence, plate-like coarse WC grains were completely covered by the Co binder phase. Moreover, the addition of smaller particle size of fine WC contributed to more uniform Co binder phase. When 0.4-μm WC powders was added, the aspect ratio of plate-like coarse WC grains was greater than that of plate-like WC grained cemented carbides without the addition of fine WC. The dual-scale and dual-morphology WC grained cemented carbides by adding 0.4-μm fine WC exhibited good comprehensive mechanical properties, with a transverse rupture strength of 3645 MPa, a Rockwell hardness of 91.5 HRA, and a fracture toughness of 12.3 MPa∙m^1/2.     

Microstructure and mechanical properties of 90WC-8Ni-2Mo2C cemented carbide developed by conventional powder metallurgy

In this paper, the microstructure and mechanical properties of a WC-Ni based cemented carbide with the addition of 2 wt% Mo₂C, processed by conventional powder metallurgy, was investigated. With the addition of only Mo₂C in the WC-Ni alloy system, the wettability between the WC and Ni binder phase was improved, which was confirmed by the increased density, hardness, fracture toughness and flexure strength of the cemented carbide obtained, which is superior than those observed in WC-10Ni cemented carbides and similar to those observed in WC-Co and WC-Ni-TiC-Mo₂C cemented carbides. Microstructural examinations of the developed cemented carbide 90WC-8Ni-2Mo₂C indicated that there was no excessive grain growth of the WC particles during sintering, confirming that Mo₂C is a grain growth inhibitor as effective as other carbides such as VC, TiC, Cr₂O₃, showing that the addition of only Mo₂C is able to improve the overall mechanical properties of the WC-Ni alloy system without sacrificing the toughness.     

VC和碳含量对超细晶硬质合金室温和高温性能的影响

以原位还原碳化技术制备的WC-8Co复合粉和VC粉末为原料,采用低压烧结技术制备出超细晶硬质合金。系统研究了VC添加量和复合粉中碳含量对硬质合金的相组成、显微组织、室温和高温力学性能的影响。结果表明:硬质合金的晶粒尺寸、硬度和断裂韧性主要受VC添加量的影响,且随VC添加量的增加呈单调变化;抗弯强度随VC添加量的变化趋势与碳含量有关;压缩强度随温度的变化呈现先降低后升高的趋势;当WC-Co复合粉的碳含量为5.60%～5.68%(质量分数)、VC添加量不超过0.5%时,可分别制备出室温抗弯强度为4482MPa和600℃下抗压缩强度为4914MPa的高综合性能的超细晶硬质合金。基于微观组织特征的分析,结合弹-塑性有限元模型对应力分布的模拟,对超细晶硬质合金力学性能的变化规律及影响机理进行了分析。