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。     

晶粒长大抑制剂对WC-8％Co超细硬质合金性能的影响

系统研究了晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2于单独添加或复合添加时,对WC-8%Co超细硬质合金金相组织和力学性能的影响.研究表明,WC-8%Co超细硬质合金的硬度随着晶粒长大抑制剂加入量的增加而升高,而抗弯强度和断裂韧性的最大值则存在对应的抑制剂成分点.复合添加抑制剂VC和Cr3C2后,所得成分为WC-8%Co-0.2%VC-0.6%Cr3C2合金的综合性能较好,硬度HRA为92.9,抗弯强度可达4 370 Mpa,断裂韧性KIC为9.1 MN·m-3/2.     

Co含量与烧结温度对纳米晶WC-Co硬质合金结构与性能的影响

WC晶粒并合生长与WC原料特性以及合金中的Co含量密切相关。以比表面平均径为70 nm的WC粉末为原料,采用VC+Cr3C2作为晶粒生长抑制剂,探讨Co含量与烧结温度对WC-Co合金结构与性能的影响。结果表明,Co含量增加能降低纳米晶WC晶粒的邻接度,进而有效抑制烧结过程中WC晶粒的并合长大。在1 330℃下加压(0.9 MPa)烧结制备WC-15Co-0.7Cr3C2-0.6VC合金,WC平均晶粒尺寸为160 nm,合金硬度为93.6 HRA,抗弯强度为4160 MPa(C型样品),Palmqvist断裂韧性KIC为10.1 MPa m0.5。热分析结果表明,合金液相出现温度在1 322~1 345℃之间,没有出现液相温度的纳米尺寸效应。     

添加TaC和Y2O3对超细YG6硬质合金组织及性能的影响

研究了在不改变原有晶粒长大复合抑制剂Cr3C2/VC组成及含量基础上,再添加不同量TaC和Y2O3对YG6超细硬质合金力学组织和性能的影响.结果表明,TaC能明显抑制YG6合金晶粒的长大;添加0.1％TaC并在1 380℃下加压烧结制备的YG6合金,其致密度、硬度、抗弯强度均达到最大值,分别为99.88％、HRA 93.8和1 800 MPa.添加0.1 ％Y2O3也可抑制YG6合金晶粒的长大,但对合金其他方面的影响不明显.     

（W，Ti，Ta）C复式碳化物对WC-（6％-8％）Co超细硬质合金性能的影响

以WC-6％Co和WC-8％120为研究体系,在1390℃压力烧结下制备不同配比复式碳化物的超细硬质合金。分别采用洛氏硬度检测、抗弯强度检测、钴磁检测、矫顽磁力检测等方法,通过扫描电镜和电子衍射分析,研究了不同量的（W,Ti,Ta）C复式碳化物对超细硬质合金性能的影响。结果表明：WC-6％Co-2％（W,Ti,Ta）C超细硬质合金的矫顽磁力为45．39kA·m^-1,硬度为94．0HRA,抗弯强度为2280MPa;WC-8％Co-2％（w,Ti,Ta）C超细硬质合金的矫顽磁力为37．4kA·m^-1,硬度为93．4HRA,抗弯强度为2670MPa;WC-8％Co-2％（w,Ti,Ta）C-0．5％（Cr3C2/VC）的矫顽磁力为38．2kA·m^-1,硬度为93．6HRA,抗弯强度为2780MPa;它们具有较高的综合性能。     

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。     

超细晶WC-10Co硬质合金制备的主要影响因素

利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及力学性能测试分析,研究了不同粒度的WC和Co原始粉末经不同时间球磨后的微观形貌;并对球磨后的复合粉末添加不同配比的晶粒抑制剂,进行真空热压烧结制备了超细晶硬质合金,考察了不同配比的晶粒抑制剂对超细晶硬质合金组织和力学性能的影响。结果表明,使用原始细颗粒粉末,经较短时间的球磨处理就可以达到较好的细化效果;复合添加VC＋Cr3C2或VC＋TaC晶粒抑制剂对硬质合金晶粒的细化效果明显好于单一添加VC的细化效果;添加Cr3C2后WC晶粒呈近圆形,且硬质合金抗弯强度有明显提高;添加TaC后的WC晶粒呈三角形或四边形,促进了硬质合金的硬度提高。     

添加剂对特粗晶和超粗晶硬质合金抗高温氧化性能的影响

通过质量增加率的计算、扫描电镜观察和X射线衍射分析等,研究WC-8.4Co、WC-8.4Co-0.4Cr3C2、WC-8.4Co-0.4VC、WC-8.4Co-0.4TaC、WC-8.4Co-0.7Cr3C2、WC-8.4Co-0.7Mo2C、WC-8.4Co-0.4Cr3C2-0.05RE以及WC-8.4Co-0.4VC-0.05RE(RE为混合稀土)等8组超粗晶和特粗晶硬质合金在700℃连续氧化16 h的高温氧化行为。结果表明,VC、TaC和Mo2C的添加会降低合金的抗氧化性能;当添加量(质量分数,下同)达到0.7%时,Cr3C2才具有明显改善合金抗高温氧化性能的功能;而稀土的添加量仅为0.05%时即可明显改善合金抗高温氧化性能;添加剂可改变WC-Co合金表面CoWO4物相的生长行为,从而影响合金的抗高温氧化性能。     

V和Cr对超细WC-Co硬质合金Co粘结相成分与WC/Co界面组织结构的影响

采用粉末冶金法制备WC-30Co,WC-30Co-1VC和WC-30Co-1Cr3C2硬质合金(成分含量为质量分数,下同),分别采用随炉冷却和水淬2种方式进行冷却,采用电子探针分析技术和高分辨率透射电镜,分析合金的Co相成分以及WC/Co界面结构,研究V和Cr元素对WC-30Co合金的Co粘结相成分与WC/Co界面结构的影响。结果表明:VC抑制晶粒长大的效果比Cr3C2更明显;在1 280~1 360℃下烧结时,V和Cr的添加可提高W在Co相中的固溶量,而在1 400℃烧结时,对W在Co相中的固溶量影响不大。水淬态合金的WC/Co界面发现层状的含Cr和V的析出相,且含V析出相的厚度明显大于含Cr析出相的厚度;可以推断界面析出相是在烧结过程而并非冷却过程中形成的;析出相的形成是Cr3C2和VC抑制WC晶粒长大的重要原因。     

无金属粘结相硬质合金的电化学腐蚀行为

采用1 700℃、20 MPa高温高压固相烧结工艺制备WC-0.5Cr3C2-0.3VC、WC-3.65TiC-2.45TaC-0.47Cr3C2-0.28VC和WC-6Mo2C-0.47Cr3C2-0.28VC等3种无金属粘结相硬质合金。采用CHI 660C电化学工作站研究在pH=1的H2SO4溶液、pH=7的Na2SO4溶液和pH=13的NaOH溶液中3种合金的电化学腐蚀行为。结果表明,在pH=1的H2SO4溶液和pH=7的Na2SO4溶液中WC-6Mo2C-0.47Cr3C2-0.28VC合金的耐腐蚀性能最好,在pH=13的NaOH溶液中WC-3.65TiC-2.45TaC-0.47Cr3C2-0.28VC的耐腐蚀性能最好。3种无金属粘结相硬质合金在pH=13的NaOH溶液中的耐腐蚀性能均优于其在pH=1的H2SO4溶液中的耐腐蚀性能。综合比较合金的硬度、耐腐蚀性能以及原材料价格,3种合金中WC-6Mo2C-0.47Cr3C2-0.28VC合金具有更佳的性价比。     

Y_2O_3对硬质合金晶粒尺寸和摩擦磨损性能的影响

研究了稀土Y2O3对WC-10Co硬质合金晶粒尺寸、矫顽力的影响,对比了Y2O3含量0.10%(质量分数,下同)和0.30%硬质合金的摩擦磨损性能。结果表明:微量Y2O3能细化WC晶粒,有效改善合金的硬度,影响硬质合金的磁性能。低于0.15%时,WC-10Co合金晶粒尺寸随着Y2O3增加而明显细化,硬度显著增加;Y2O3含量达到0.2%以上,WC-10Co合金的晶粒尺寸基本稳定,硬度也变化不大。在相同条件下,细晶粒0.30%Y2O3的WC-10Co硬质合金比0.10%Y2O3的WC-10Co硬质合金的摩擦因数稍高,但磨损体积损失低于0.10%Y2O3合金。     

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。     

纳米晶WC-10Co复合粉末的烧结致密化行为

研究了机械合金化纳米晶WC-10Co复合粉末的真空烧结致密化行为和一般规律。结果表明:提高烧结温度和延长烧结时间有利于样品的烧结致密化过程,在1275-1300℃时致密化速度较快,在1300℃烧结15min后致密化过程基本完成;VC和Cr3C2复合晶粒长大抑制剂含量的增加不利于致密化过程;新型晶粒长大抑制剂A可以更有效地抑制晶粒长大;纳米晶WC-10Co-0.8VC／Cr3C2-0.2A复合粉末压坯在1375℃烧结30min后,所得的烧结密度为14.48g／cm3,晶粒尺寸约为180nm。     

Y_2O_3对WC-10Co硬质合金性能的影响

采用真空烧结工艺制备了WC-10Co硬质合金。研究了Y_2O_3添加量对WC-10Co硬质合金晶粒尺寸、力学性能、磁性能的影响。结果表明,添加Y_2O_3能使合金晶粒细化且颗粒尺寸更加均匀;Y_2O_3的加入可提高合金力学性能,当Y_2O_3添加量为0.4%时合金的力学性能最佳,合金硬度为94.5 HRA,抗弯强度为2 250 MPa;添加Y_2O_3能提升硬质合金的钴磁、矫顽磁力。     

复合添加Cr3C2/VC/TaC的WC-12%Co超细晶硬质合金的组织和性能研究

研究了复合添加不同含量的Cr₃C₂、VC、TaC三种晶粒长大抑制剂对WC-12%Co超细晶硬质合金组织及性能的影响。结果表明，与采用Cr₃C₂+VC组合晶粒长大抑制剂的合金相比，采用Cr₃C₂+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的综合力学性能呈降低趋势，但导热性能更好。采用Cr₃C₂+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的组织和力学性能取决于晶粒长大抑制剂的抑制效果，而不是其添加总量，优化三种抑制剂的配比是提升合金性能的关键。     

四元复合碳化物的添加方式对WC-Co硬质合金显微组织和机械性能的影响

通过一步还原法分别合成(W,Ti)C、(Ta,Nb)C、(W,Ti,Ta)C、(W,Ti,Ta,Nb)C固溶体,并以单一碳化物和固溶体的方式将Ti、Ta、Nb添加到WC-7%Co硬质合金中,考察碳化物添加方式对WC-7%Co硬质合金显微组织和机械性能的影响。结果表明,以(W,Ti,Ta,Nb)C固溶体的方式加入可提高WC-7%Co硬质合金的机械性能,其抗弯强度、维氏硬度、断裂韧性分别达到2 289.9 MPa、1 680 HV、9.67 MPa·m~(1/2)。     

元素添加对两步烧结W-6Ni-4Co合金组织和力学性能的影响

采用粉末冶金技术制备W-6Ni-4Co-2X(X=Nb、Ta、Hf、Mo、Ti)合金,研究添加Nb、Ta、Hf、Mo和Ti元素对W-6Ni-4Co合金组织和力学性能的影响。结果表明：W-6Ni-4Co-2X合金的显微组织主要由基体相(W相)和黏结相组成,且黏结相的种类和含量与烧结过程W相在黏结相(Ni, Co)中的溶解析出有关。W-6Ni-4Co-2Ta、W-6Ni-4Co-2Hf合金组织W晶粒呈不规则多边形,W-6Ni-4Co-2Nb、W-6Ni-4Co-2Ti合金组织W晶粒呈椭球形,并分散分布在黏结相中。W-6Ni-4Co-2Ta合金组织均匀、晶粒细小、W/黏结相界面结合良好,使其硬度、抗弯强度和屈服强度较高。W-6Ni-4Co-2Mo合金组织W晶粒呈网状排列,连续W骨架结构与延性黏结相协同降低了合金的应变硬化程度,使其具有较好的抗应变硬化性能。因此,向W-6Ni-4Co合金中添加合适的过渡金属元素是提高其力学性能的一种有效途径。     

真空烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金组织和性能的影响

采用高能球磨、真空烧结工艺制备WC-13(TiC+TaC)-8Co-1(VC+Cr3C2)硬质合金,研究了不同烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金微观组织、力学性能和磁性能的影响。结果表明,提高烧结温度有利于提高合金的致密度,但是过高的烧结温度会导致晶粒长大,使合金致密度下降;合金的硬度、抗弯强度和矫顽力随着真空烧结温度的提高先增大后减小;相对磁饱和强度随着烧结温度的升高呈现下降的趋势;1 400℃烧结的合金综合性能较好,合金的相对密度99.6%、抗弯强度1 992 MPa,硬度92.3 HRA,矫顽力34.3 k A/m,相对磁饱和强度为76.5%。     

添加剂对WC-Ni硬质合金组织结构与力学性能的影响

研究了添加TaC、Cr3C2和Mo对WC-Ni硬质合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:经1 470℃/1h真空烧结所得WC-10Ni硬质合金的致密度约为99.39%,横向断裂强度为1 819 MPa,硬度为HRA85;适量添加Cr3C2、Mo和TaC硬质相的WC-Ni基合金,其晶粒组织明显细化,平均晶粒粒径为1.03～1.31μm,且强度和硬度均显著提高,横向断裂强度可达2 000MPa以上,硬度可达HRA90以上。     

Co对原位合成WC-6Co复合粉末制备 高性能硬质合金的影响

将原位合成的WC-6Co复合粉末添加到300 L、转速50 Hz滚动球磨中湿磨,添加Co粉、晶粒长大抑制剂、石蜡、酒精,湿磨48 h,卸料、过孔径45 μm筛,采用闭式压力喷雾干燥塔制备得到WC-7Co~WC-15Co混合料粉末,对制备混合料粉末形貌、粒度分布、物相、成分进行分析,结果表明:添加Co粉配成WC-Co混合料,当混合料的Co质量分数超过10%,团聚现象明显增强,团聚颗粒明显增大;随着添加Co粉质量分数增加,混合料中氧质量分数增高,松装密度不断减小.将制备得到的WC-7Co~WC-15Co混合料掺成型剂,挤压成型,低压烧结等工序制备超细YG7X~YG15X硬质合金.研究添加不同Co质量分数WC-6Co复合粉末制备YG7X~YG15X超细硬质合金,Co对制备硬质合金的金相组织、形貌、物理力学性能的影响,结果表明:随着添加Co质量分数增加,制备的超细硬质合金硬度、密度不断降低,抗弯强度和断裂韧性先增大、后减小;制备的超细YG7X硬质合金的硬度最高HV₃₀为2 150,抗弯强度最低为3 200 MPa;制备YG10超细硬质合金的抗弯强度最高为4 950 MPa,断裂韧性最高为11.8 MPa·m1/2.