超细硬质合金WC-10Co-0.8(VC/Cr_3C_2)的烧结特征

超细硬质合金粉末粒度细小,具有高的比表面积和缺陷密度,因而具有较高的烧结活性,呈现出与普通硬质合金不同的烧结特征。因此,针对超细硬质合金特点制定合适的烧结工艺在生产超细硬质合金中是至关重要的。真空烧结超细硬质合金WC-10Co-0.8(VC/Cr3C2)的结果表明:1320℃烧结温度下的超细硬质合金,较1350℃和1380℃的密度和硬度低,WC晶粒细而孔隙度高。1350℃比1380℃具有更高的横向断裂强度(TRS)。WC-10Co-0.8(VC/Cr3C2)超细硬质合金的适宜烧结温度为1350℃。差热分析(DTA)对烧结过程中的热效应分析表明:出现液相温度为950℃,1300℃结束。同时氧化杂质被还原导致质量的损失和气体的产生。晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2的加入,提高了氧化物杂质还原温度。     

超细硬质合金WC-8Co-0.8(Cr_3C_2/TaC)的组织与性能

以超细WC-8Co硬质合金为研究对象,混合添加晶粒长大抑制剂Cr3C2/TaC。结果表明,合金在添加0.8wt%Cr3C2/TaC时的TRS达到3675MPa,而在添加0.5wt%和1.0wt%Cr3C2/TaC时的TRS降到2120MPa;Cr3C2/TaC在很大程度上影响了合金烧结时的致密化,WC-8Co-0.8wt%(Cr3C2/TaC)压坯在1400℃下完全致密化需要的烧结时间为60分钟;而同类普通WC-8Co-0.8wt%(Cr3C2/TaC)的压坯,由于没有超细粉末的高表面能,烧结60分钟后密度只能达到理论密度的98.8%;TaC和Cr3C2对W在γ相中的固溶度具有相反的作用。     

添加VC与Cr_3C_2对超细晶硬质合金烧结过程的影响

系统研究晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2对WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中收缩率、相变温度和晶粒长大的影响。研究表明,WC-8%Co超细晶硬质合金的烧结收缩和致密化过程主要发生在固相烧结阶段,在液相出现前,合金的致密化程度已达到95%。晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2的加入,显著降低了超细晶硬质合金烧结过程中液相出现的温度,且不同程度地阻碍了WC-8%Co超细晶硬质合金烧结过程中致密化的进程和速度。与未加入晶粒长大抑制剂的合金相比,其致密化的进程大约延迟80℃。     

Cr_3C_2抑制剂含量对WC-8%Co-0.5%(VC/Cr_3C_2)超细硬质合金性能的影响

将Cr_3C_2晶粒长大抑制剂添加到WC-8%Co-0.5%(VC/Cr_3C_2)超细硬质合金中,通过对试样进行金相组织分析、SEM形貌观察、洛氏硬度(HRA)测试、三点抗弯强度测试和密度测量,研究了Cr_3C_2添加量对WC-8%Co-0.5%(VC/Cr_3C_2)超细硬质合金力学性能及组织结构的影响。结果表明,不同Cr_3C_2加入量的WC-8%Co-0.5%(VC/Cr_3C_2)合金试样均拥有细小均匀的微观组织,其硬度随着Cr_3C_2添加量的增多而不断增加;抗弯强度则先增加后减小,当Cr_3C_2添加量为0.1%时,试样抗弯强度达到峰值2450 MPa;试样密度则在Cr_3C_2添加量增加到0.3%时出现降低。     

VC/Cr_3C_2添加剂对超细硬质合金组织及性能的影响(英文)

研究了VC/Cr3C2添加剂对WC-12Co超细硬质合金的显微组织、硬度和抗弯强度(TRS)的影响.结果表明,舍一定比例VC/Cr3C2添加剂的合金具有更均匀的微观组织和优异的力学性能.当添加剂含量(质量分数)为0.5%VC/0.2%Cr3C2时,1430℃烧结制备的WC-12Co超细硬质合金的抗弯强度达3786 MPa,硬度达91.7 HRA.VC添加剂对WC晶粒的连续长大和非连续长大的抑制作用比Cr3C2添加剂更有效.此外,当烧结温度较高时,VC/Cr3C2添加剂对WC晶粒长大的抑制效果更显著.VC和Cr3C2添加剂抑制WC晶粒长大的作用机理为:VC和Cr3C2添加剂降低了WC相在粘结相中的过饱和度,从而降低烧结温度下粘结相中WC相溶解-析出过程的驱动力,起到阻碍WC晶粒长大的作用.     

放电等离子烧结和真空烧结超细WC-12Co硬质合金

对比研究了放电等离子烧结(SPS)和真空烧结(VAS)平均粒径为160nm的WC-12Co硬质合金的组织和性能.研究结果表明:SPS烧结能使WC-12Co在较低温度、较短时间内完全致密化,烧结温度比真空烧结低250℃以上,烧结时间只有真空烧结的1/26.相对于真空烧结,SPS烧结的晶粒更细,硬度提高1.5%以上,抗弯强度提高12.6%以上.     

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。     

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。     

复合添加Cr_3C_2/NbC对超细晶WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响

采用真空烧结方式制备超细晶WC-10%Co硬质合金,研究了复合添加晶粒长大抑制剂Cr3C2/NbC对合金组织及性能的影响。结果表明:在1400℃烧结条件下,添加剂的组成为0.4%Cr3C2+0.3%NbC时(文中含量均为质量分数),合金具有最好的综合力学性能,抗弯强度可达1951MPa、硬度1615HV30;WC平均晶粒尺寸为490nm。经SEM观察并通过EDS发现,抑制剂Cr3C2/NbC固溶到粘结相Co中,改变界面能,限制WC晶粒的长大;同时,也会降低WC在粘结相Co中的溶解度,从而起到细化晶粒的作用。     

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。     

烧结温度对WC-14TiC-8Co超细硬质合金组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了WC-14TiC-8Co超细硬质合金,研究了不同的烧结温度对WC-14TiC-8Co超细硬质合金组织和性能的影响。结果表明,随着烧结温度从1300℃升高到1410℃,合金的晶粒逐渐长大,合金的密度、抗弯强度随温度上升呈现出持续升高的走势,而硬度表现出先升后降的走势;当烧结温度为1380℃、保温时间为40min时,WC-14TiC-8Co超细硬质合金获得了最佳综合性能,其密度、抗弯强度和硬度值分别达到11.49g·cm~(-3)、1482MPa和92.8HRA,合金的组织为WC+(Ti,W)C+γ+少量η相,升温过程中的缺碳现象是η相形成的主要原因。     

预处理工艺对放电等离子烧结超细晶WC-Co硬质合金组织和性能的影响

采用不同粒度的WC粉与超细Co粉混合得到初始粉末,利用直接放电等离子烧结(SPS)技术和一种包括真空预处理和SPS烧结的新制备方法,研制超细晶WC-Co硬质合金块体.结果表明,两种不同粒度匹配的混合粉末经真空预处理后SPS烧结得到的试样较直接SPS烧结试样的硬度稍有降低,但断裂韧性得到提高,尤其是抗拉强度得到显著提高.对试样显微组织和性能分析表明,混合粉末的真空预处理工艺对SPS烧结WC-Co硬质合金具有重要作用:去除混合粉末吸附气体,消除Co池,同时保证WC晶粒不发生明显长大.     

HIP后续烧结对超细WC-Co硬质合金性能的影响

采用高能球磨法制备超细WC-Co硬质合金。研究了1 390℃真空通Ar常规烧结后再热等静压烧结(HIP),烧结温度1 320℃,80 MPa下保温60 min对WC-Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明:1 390℃真空通Ar烧结,可获得组织细小、综合性能好的YG8、YG10超细硬质合金。其中YG8超细硬质合金硬度达93.8 HRA,抗弯强度达2 290 MPa,YG10超细硬质合金硬度达93.3 HRA,抗弯强度达2 250 MPa。真空通Ar常规烧结再HIP能提高合金的致密度,但会使WC晶粒长大,硬度、抗弯强度、矫顽磁力等性能均下降。     

TaC、Cr_3C_2对WC-Co硬质合金组织和性能的影响

研究了添加：TaC、Cr3C2对WC－10Co合金组织结构和性能影响，讨论了相关机理。结果表明，少量添加TaC（2－m％）、Cr3C2（0．44m％）可导致WC－10Co合金的WC晶粒明显细化’WC邻接度下降，γ相平均自由程减小，但强韧性有所下降；Cr3C2助长WC－10Co合金WC晶粒断续长大；TaC－WC固溶体耐碱蚀性差；合金断口中沿WC—WC品界脆断比例增加，TaC－WC固溶体晶粒倾向于穿晶劈裂。工艺中控制TaC、Cr3C2添加量、确保WC～Cr3C2粉碳化完善以及同时添加TaC、Cr3C2对确保合金材质至关重要。     

热处理对超细晶WC-15Co-0.2VC-0.4Cr_3C_2组织和性能的影响

分析了淬火和回火对WC-15Co-0.2VC-0.4Cr3C2超细晶硬质合金力学性能、微观组织及相结构的影响。研究发现,1 050℃淬火后横向断裂强度(TRS)由烧结态的4 020 MPa提高到4 590 MPa。TEM观察发现WC晶变得圆整,XRD分析显示高温淬火后的试样中塑性粘接相α-Co的含量明显高于烧结态,这使得合金的横向断裂强度显著提高。淬火后低温回火时消除淬火残余应力,TRS进一步提高,但回火温度高于300℃后TRS值下降,原因是高温回火时塑性粘结相α-Co转变成为ε-Co。     

晶粒长大抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金性能的影响

在复合抑制剂(VC/Cr3C2)的基础上,添加了不同配比的TaC,研究了TaC对超细WC-9%Co硬质合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:添加不同配比的TaC制备的WC-9%Co硬质合金的硬度随着TaC质量分数的增加先增大后减小;TaC的加入降低了W在Co相中的固溶度,从而抑制了晶粒长大。在本实验范围内,在复合抑制剂(VC/Cr3C2)质量分数为0.6%的基础上添加质量分数0.3%的TaC,经1 390℃真空烧结后,制备的超细WC-9%Co硬质合金硬度为93.5 HRA,TRS为2 370 MPa,致密度为99.5%,磁饱和强度为13.29 G.cm3/g,矫顽磁力为31.86 kA/m,此时具有较佳的综合力学性能。     

放电等离子烧结压力对超细WC-Co硬质合金性能的影响

通过分析放电等离子烧结致密化过程,确定了致密化温度;研究了SPS烧结过程中压力对WC-Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响。结果表明,放电等离子烧结粉末在1 130℃时,达到最大收缩率;烧结压力的增加,样品的致密度、硬度增加;断裂韧性的变化集中在11.5~12.1 MPa.m1/2之间,和硬度的变化呈现相反的趋势;烧结压力相对较小时,样品WC晶粒较粗大且不均匀;在40 MPa和55 MPa时,晶粒相对较小且分布均匀。要得到高性能、高致密度的样品,合理的烧结温度在1 200℃以上,烧结压力为40 MPa。     

基于热力学计算设计WC-10%Co-Cr3C2-VC超细硬质合金烧结温度

集成热力学计算和关键实验研究烧结温度对WC-10%Co-Cr₃C₂-VC超细硬质合金结构和性能的影响,基于平衡相图及固态黏结相完全消失温度设计合金成分和烧结工艺。结果表明：采用相图计算设计碳含量及烧结温度,合金微观结构中未出现有害相并且合金致密度都在99%以上,说明基于多组元硬质合金热力学数据库进行相图计算设计合金是可靠的;其次,同种合金成分下,烧结温度高于固态黏结相完全消失温度60℃时,合金的力学性能及可靠性最优,说明合理的调整烧结温度可减少合金中微型缺陷。     

真空烧结烧结温度和保温时间对WC-6%Ni细晶硬质合金组织及性能的影响

本文采用雾化干燥,氢还原碳化法,真空烧结等工艺制备WC-6%Ni细晶硬质合金,主要讨论了不同的烧结温度和保温时间对WC-6%Ni细晶硬质合金致密化,显微组织及性能的影响。采用扫面电镜(SEM),XRD,维氏硬度计等分析设备对样品进行检验。结果表明:随着烧结温度的提高,该样品的密度和硬度显著提高,当真空烧结温度1 420℃,保温1 h,WC-6%Ni硬质合金的密度为14.764 g/cm~3,硬度1 609 HV。在烧结温度1 420℃条件下,改变保温时间。保温时间过短,溶解和析出进行的不充分,导致少部分孔洞没有被液相完全填充,保温时间过长会导致粘结相Ni、元素C等损失,形成大量孔洞和Ni池等缺陷。     

超细硬质合金晶粒生长抑制剂VC、Cr_3C_2作用机理的研究

本文以液相复合-连续还原碳化方法制备的掺杂有VC和Cr3C2抑制剂的纳米复合WC-10Co粉末为原料,采用真空烧结+低压处理的工艺制备超细WC-10Co硬质合金,运用原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电镜(FESEM)确定VC和Cr3C2抑制剂在硬质合金中的分布,讨论其抑制晶粒生长的机理。一部分VC、Cr3C2抑制剂吸附在WC晶粒表面形成30nm～50nm的沉淀物,降低WC晶粒的表面能;一部分VC、Cr3C2溶解在Co相中,降低WC在液相中的溶解度;其余VC、Cr3C2沉积在WC晶界,从而有效地抑制WC晶粒的长大。