WC粒度对梯度硬质合金组织和性能的影响

由于不同材料的热膨胀系数不同,涂层在冷却过程中可能因为热应力不同而产生裂纹,表面富粘结相的梯度硬质合金基体因粘结相含量高,韧性好,能有效吸收裂纹扩展时的能量,延长涂层刀具的使用寿命。为了研究WC晶粒度对梯度硬质合金的组织及性能的影响,制备了三种WC粒度的硬质合金。采用XRD和SEM对梯度硬质合金的相成分、微观组织进行了分析。实验结果表明,三种WC晶粒度的硬质合金表面均形成了梯度层。随着WC晶粒度的增大,梯度层厚度减小,抗弯强度和断裂韧性增大。三种梯度硬质合金表层显微硬度分布趋势相似。当WC晶粒度较小时,梯度硬质合金无梯度的合金芯部断裂形式均以沿晶断裂方式为主,随着WC晶粒度的增加,穿晶断裂方式增多;梯度表层出现了Co相变形和撕裂形貌,存在蜂窝状的韧性花样。     

用喷雾转化法制备的纳米晶粉末烧结的WC—10Co硬质合金的力学性能

研究了纳米晶WC－10Co硬质合金的力学性能和显著结构。这种纳米晶WC－10Co硬质合金粉末是将含有偏钨酸铵（AMT）和硝酸钴的溶液喷雾干燥制得的纳米晶前驱体粉末再经过还原和碳化制备的。直径约100nm的WC粉末与Co炽结相混合均匀，并在1毫乇压力和1375℃下进行烧结。为了与纳米晶料WC－10Co的显微结构和力学性能相比较，将直径范围为0．57－4μm的工业用WC粉末与Co粉混合，并在与纳米晶粉末相同的条件下进行烧结，在纳米晶WC－10Co硬质合金中加入不同量的TaC、Cr3C2和VC作为晶粒长大抑制剂。为研究WC－10Co硬质合金中Co粘结相的显微结构，以WC－10Co硬质合金烧结温度下制备了Co-W-C合金。WC－10Co硬质合金随着WC粒度的减小而增加的硬度因而符合霍尔－佩奇型关系式。WC－10Co硬质合金的断裂韧性随着Co粘结相的HCP（密排六方相）／FCC（面心六方相）比的增大（由于HCP／FCC相引起的）而提高。     

Mo含量对烧结WC-CoCrCuFeNiMo_x硬质合金性能的影响

以CoCrCuFeNiMo_x高熵合金粉末为粘结相,通过粉末冶金压制、烧结工艺制备WC-6 mass%CoCrCuFeNiMo_x硬质合金,并研究了高熵合金粘结相中Mo含量的不同对合金性能的影响。结果表明,WC-6 mass%CoCrCuFeNiMo_x硬质合金在1380℃烧结后所获得的合金物相主要由WC相和FCC面心立方相组成。随着烧结温度的提高,粘结剂的FCC相消失,其主要原因可能是温度升高,高熵合金粘结相中各元素的扩散得到加强,且Mo的加入使元素间的扩散混乱,致使其出现无序相,导致XRD探测不到具体的FCC面心相。此外,随着Mo含量的增加,粘结相中的混乱度增加,致使其溶解的W和C原子数量降低,减缓WC溶解-析出速率,有效抑制了WC晶粒的长大,使WC-6 mass%CoCrCuFeNiMo_x硬质合金的WC晶粒尺寸随Mo含量的增加呈变小的趋势。同时,Mo含量的增加会强化粘结相,使合金的硬度及抗弯强度提高。     

微量钴对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响

采用Cr3C2、VC掺杂超细WC为原料和无压真空烧结工艺,通过合金微观组织结构的观察与分析,研究了添加质量分数为0.3%的Co对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响。结果表明,微量Co的存在加速了WC的烧结致密化过程,与此同时也导致了WC晶粒明显的各向异性非连续晶粒长大。在上述研究基础上,提出了一种无金属粘结相WC硬质合金的低成本制备工艺,探讨了超细硬质合金中WC晶粒生长机制,提出了超细硬质合金的质量改进建议。     

YG硬质合金的微波烧结与传统烧结

传统烧结和微波烧结YG硬质合金有一个相似之处都是以带棱角的WC晶粒为骨架镶嵌在以Co为粘结相的基体中。通过扫描电镜观察，结果显示采用微波烧结技术烧结的YG硬质合金钴粘结相中几乎没有钨，而采用传统方法烧结的YG硬质合金钴粘结相中钨含量高达20％（重量），同时，采用微波技术比传统方法得到组织：WC颗粒更小，钴粘结相细小而均匀。这样材料的硬度更高，同时展示出更好的耐腐蚀和耐侵蚀性能。微波烧结样品在抗腐蚀性能方面比传统烧结样品提高约6倍。微波烧结样品在耐侵蚀性能方面比传统烧结提高约2倍。微波烧结样品在各个方向均匀收缩，而采用传统方法烧结的样品在垂直方向收缩更大。在达到同样致密度的情况下，采用微波技术比传统方法烧结的YG硬质合金烧结的表面温度更低，保温时间更短。微波烧结与传统烧结主要的不同点是产物中几乎没有WC晶粒的长大和没有在传统烧结中出现的晶粒异常长大和出现的大范围的Co粘结相区域。几乎相同Co含量的两样品的磁性能测量证实，微波烧结样品组织分布更加均匀。微波烧结样品尺寸接近三维均匀收缩，特别是超细颗粒WC更加明显。     

WC-Co硬质合金磨损性能研究进展

WC-Co硬质合金作为重要的耐磨材料,其不同工况下的耐磨性被广泛研究。本文对硬质合金耐磨性的测试方法、耐磨性与微观组织结构之间关系以及硬质合金在测试条件下和实际使用条件下的磨损机理进行了综合评述。WC粒度越粗、粘结相越多,硬质合金耐磨性越差。硬质合金一般存在以下磨损机制:粘结相的挤出与移除,WC颗粒的断裂与破碎,WC颗粒的脱落。矿用硬质合金的失效机制主要有:岩石覆盖层形成,岩石碎片与硬质合金形成混合层,岩石侵入硬质合金内部粘结相脆化与退化;硬质合金内微观裂纹的形成;WC颗粒内微观裂纹的形成;WC颗粒的氧化与腐蚀。     

超细WC—10Co硬质合金的显微结构与机械性能

本文对超细WC-10wt％Co-X硬质合金的机械性能进行了研究：通过喷雾干燥，用舍AMT和硝酸钴溶液来制取超细原始粉末，再用机械一化学工艺，将原始粉末还原和碳化成WC／Co粉末：直径大约为100nm的WC粉末与粘结剂Co均匀地混合，在n-已烷和球料比为5：1的条件下湿磨24小时，过后再干燥24小时，并在Imtorr压力下和1375℃二的温度下进行烧结：为了比较超细硬质合金的显微结构与机械性能，将直径为0．57μm～4μm的WC粉末与Co粉末进行混合，随后在1mtorr压力下和1375℃二的温度下烧结：添加不同数量的TaC、Cr3C2、和VC晶粒长大抑制剂到WC-10wt％Co超细硬质合金中，发现烧结后超细硬质合金中的Co相在WC晶粒的边缘快速产生：Hall-Petch类型关系说明WC—10wt％Co硬质合金的硬度是随着WC晶粒度的下降而增加，而抗弯强度则取决于Co粘结相中的溶解度。     

DIFFRACTION CONTRAST STUDY ON MICROSTRUCTURE AND DEFORMATION PROCESS OF WC-Co CEMENTED CARBIDE

用透射电子显微术(包括弱束技术)对WC-12％Co硬质合金的形变和裂纹扩展过程及粘结相的相变机制进行了电子衍衬研究。研究指出:合金的形变行为取决于粘结相Co的协调应变的能力,裂纹扩展的特征形貌和WC及Co相的滑移结构及界面的性质有直接关系。裂纹在WC中、在WC/WC以及WC/Co界面呈直线传播,而在粘结相中则表现为“Z”字形特征。β-Co(fcc结构)在室温下不稳定,在不大的相变驱动力(例如,合金承受形变)作用下,很容易向hcp结构的ε-Co转变。这种转变的过程是:经由β-Co中的层错片加厚和长大,最终形成稳定的hcp结构ε-Co。     

WC-Co硬质合金的微观结构与形变过程的电子衍衬研究

用透射电子显微术(包括弱束技术)对WC-12%Co硬质合金的形变和裂纹扩展过程及粘结相的相变机制进行了电子衍衬研究。研究指出:合金的形变行为取决于粘结相Co的协调应变的能力,裂纹扩展的特征形貌和WC及Co相的滑移结构及界面的性质有直接关系。裂纹在WC中、在WC/WC以及WC/Co界面呈直线传播,而在粘结相中则表现为“Z”字形特征。β-Co(fcc结构)在室温下不稳定,在不大的相变驱动力(例如,合金承受形变)作用下,很容易向hcp结构的ε-Co转变。这种转变的过程是:经由β-Co中的层错片加厚和长大,最终形成稳定的hcp结构ε-Co。     

用超合金作粘结相的硬质合金的TEM研究

用透射电子显微镜研究了由一种Ni基超合金作粘结相的硬质合金的组织结构。结果表明，烧结后合金的粘结相γ中分布着高度弥散的γ＇相。γ＇相质点在位错网络的结点上择优形核，形貌有粒状和片状两种，大小为10um数量级。观察表明，粘结相γ与WC的湿润性良好，因此用Ni基超合金作硬质合金的粘结相，不仅可节约战略物质Co，而且有可能使硬质合金的性能提高，使用范围扩大。     

WC-Co硬质合金的显微结构参数

通过X射线衍射分析 (XRD) ,扫描电镜 (SEM)体视学测量和磁性与密度测试 ,并依据碳化钨(WC)基合金维氏硬度HV与γ相平均自由程λ间的Hall Petch型关系式和HV的“混合物规则”进行验证 ,探讨了两相WC Co硬质合金显微结构参数间的定量关系。结果表明 ,γ相平均自由程λ与WC晶粒邻接度CWC 间存在反向对应关系 ,与γ相体积分数fγ 和WC平均晶粒尺寸LWC 间存在正向对应关系 :λ =1 0 5× 10 - 5·(1-CWC) 3 7=8 74× 10 - 2 ·(f- 1γ - 1) - 0 79·L0 79WC ,说明fγ 和LWC对λ～CWC关系的影响处在测量误差范围内 ,因而用CWC(或λ)、fγ 和LWC中任意两个参数都能准确表征两相WC Co硬质合金的结构特征 ;合金的比矫顽磁力HSC与γ相平均自由程λ间存在定量关系 :HSC=4 0 5× 10 - 7 λ。讨论了用磁性和密度测定值无损鉴定两相WC Co硬质合金显微结构参数的可行性。     

以Ni作粘结剂的硬质合金

对镍取代或者部分取代WC—Co硬质合金中的粘结相及用镍粘结TiCN金属陶瓷过去已有不少的研究报道和评述。一般认为WC－Ni硬质合金具有与WC－Co硬质合金相同的抗弯强度，但其硬度要低100～200HV。钴相具有较高的加工硬化速度，而镍具有较好的断裂韧性。但是在镍中加入0．5％的铬时，则可得到比钻粘结的合金更高的硬度、抗弯强度和硬化速度。由于WC－Ni合金性能的改进，因此WC－Ni合金不仅用于作稀土磁性材料的压制模，而且在核工业和抗氧化、抗腐蚀等领域也得到了应用。用镍代替30％的钴时，所制得的合金具有更高的延展性，因而可用作…     

超细晶硬质合金中VC／Cr3C2对晶粒长大的抑制作用及机理研究

研究了超细晶硬质合金VC／Cr3C2抑制剂作用及抑制机理。研究发现复合添加VC／Cr3C2可以有效抑制WC—10Co合金烧结过程中晶粒的连续长大，合金平均晶粒尺寸为0．5μm，具有较高TRS（横向断裂强度TransverseRuptureStrength）和硬度。TEM和EDS分析发现抑制剂元素的主要存在方式是溶解在粘结相中且分布均匀，未发现抑制剂元素偏聚和第二相析出，说明抑制机理在于抑制剂元素溶入粘结相Co后，显著降低W，C在Co中的溶解度，使液相烧结阶段WC晶粒的溶解一析出过程受到阻碍，从而抑制液相烧结阶段的晶粒连续长大。     

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。     

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。     

真空渗碳制备双相梯度硬质合金的研究

介绍了采用真空渗碳来制备试样外层为无η相正常组织而芯部为η相且粘结相钴呈成分梯度分布的双相硬质合金的方法。试验发现，在真空烧结后期引入甲烷与丙酮蒸汽的混合气体进行摆式渗碳，是制备该类梯度硬质合金非常有效的方法。     

工艺参数对无粘结相硬质合金性能的影响

无粘结相硬质合金是一种特殊的硬质合金,它不含金属粘结剂。本文着重论述了原始WC平均粒度、晶粒长大抑制剂加量、热等静压处理和烧结气氛等工艺参数对无粘结相硬质合金的性能的影响。     

立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响

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1μm的WC晶粒,(Ta,Nb)C的加入可以很好地抑制合金中芯环结构立方相的形成。     

烧结温度对梯度硬质合金表层组织结构和力学性能的影响

梯度硬质合金表层组织结构的变化直接影响着CVD涂层硬质合金刀具的加工性能,而烧结温度的变化将显著影响梯度硬质合金表层和芯部组织结构。本文研究了1 410、1 440℃和1 460℃3种烧结温度对梯度硬质合金表层（0～100μm）组织结构和力学性能的影响规律。采用SEM和EBSD对梯度硬质合金表层组织结构、梯度区和合金芯部粒度进行了分析,研究了不同温度下表层组织结构的变化对梯度硬质合金抗弯强度和显微硬度的影响。结果表明：随着温度升高,表面Co含量明显下降,梯度层厚度增加。合金硬质相（WC和立方固溶体相）晶粒度随烧结温度升高而明显长大,梯度区内WC晶粒度大于芯部WC晶粒度,并且二者差异随烧结温度的升高而加大,芯部立方固溶体的生长速度高于WC。随烧结温度的升高,合金的磁力下降了10.3%,合金的断裂韧性和抗弯强度分别提高了8.5%和7.7%,相比去除梯度层试样,3个烧结温度下保留梯度层合金试样的抗弯强度提高了7.6%～9.8%。从表面至芯部合金的显微硬度先降低至最低点后逐渐上升至接近芯部硬度,梯度层内HV最低点约为芯部HV的87%。随烧结温度的升高,梯度区和芯部的HV都呈现下降趋势。     

传统和微波工艺制取的WC／Co复合材料的TEM显微结构检测

近来，在陶瓷制品、复合材料和金属制品的微波加工领域取得了显著的发展和进步。在工业产品方面，现研究出了WC／Co硬质合金零件的微波烧结工艺。据报道，用微波工艺烧结的WC／Co零件表现出了比标准零件更加优越的性能。另外，微波工艺生产周期只需传统工艺的十分之一。实验室试验证明，微波加工的WC／Co零件的耐腐蚀性和抗冲击性比含有相同成分的传统零件高好几倍。扫描透射电镜检测显示，传统和微波烧结的WC／Co样品在钴粘结相的化学特性方面存在着明显的差异。据说，微波烧结零件的机械性能归因于WC晶界出现的纯钴相，而传统烧结零件表明Co相实际是一种含W的中间合金。