添加粗晶WC对WC-Co硬质合金组织与力学性能的影响

以不同粒径WC粉、超细Co粉作为原料,通过低压烧结,制备添加粗晶WC的WC-Co硬质合金。采用XRD,SEM研究WC-Co硬质合金的物相组成及微观形貌,利用维氏硬度仪测试,计算合金的维氏硬度及断裂韧性。结果表明,由于粗晶WC的添加,裂纹在扩展过程中出现了明显的偏转,且穿晶断裂现象明显增多,对裂纹的扩展产生一定的阻力,使硬质合金的韧性提高。当添加的粗晶WC粒径为1μm时,合金的硬度由未添加粗晶WC时的1 930 HV降低至1 800 HV,断裂韧性由12.85 MPa·m1/2提高至15.05 MPa·m1/2,综合力学性能达到最佳平衡。     

粗晶硬质合金硬度和强度影响因素的分析研究

采用变量搜索试验设计方法,研究了合金碳含量、烧结工艺、钴含量、粘结相成分配比、球料比、球磨时间这六个因素及因素间两两交互作用对粗晶硬质合金硬度、横向断裂强度的影响。结果表明:钴含量、球磨时间是影响硬度的主要因素;烧结工艺、球磨工艺和粘结相成分配比是影响合金强度的主要因素。适当提高烧结温度,可得到缺陷更少、粘结相分布更为均匀故强度更高的粗晶硬质合金。     

粗WC颗粒对低钴硬质合金组织与性能的影响

以粒度为5μm的粗WC颗粒和粒度为1μm的细WC颗粒为原料,采用6种不同的粗/细颗粒质量配比,通过低压烧结制备Co含量(质量分数,下同)为7%的低钴WC–Co硬质合金,测试材料的抗弯强度、断裂韧性和硬度,并采用扫描电镜(SEM)观察材料的微观组织、弯曲断口形貌及裂纹扩展情况,研究粗颗粒WC含量对低钴硬质合金组织与性能的影响。结果表明,随粗颗粒WC含量增加,WC晶粒度的分布表现为明显的双峰结构特征,从合金的弯曲断口观察到裂纹偏转以及穿晶断裂数量显著增加,以此阻碍裂纹扩展,从而提高合金的韧性。合金硬度随粗颗粒WC含量增加而下降。当粗颗粒含量(质量分数)为50%时,WC-7%Co硬质合金具有较好的综合力学性能,其硬度(HV30)为15.9 GPa,抗弯强度和断裂韧性分别为2 490 MPa和11.39 MPa·m1/2。     

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。     

粉末粒度对超粗晶硬质合金性能影响的研究

超粗晶结构硬质合金拥有良好的耐磨性、韧性和抗热冲击、抗热疲劳性能,广泛应用于石油钻齿、凿岩钎具、截煤机齿、路面冷铣刨机齿、盾构刀具等地矿工具。文章对比研究了预磨细颗粒WC活化粉和纳米WC活化粉的添加对低压烧结制备的超粗晶硬质合金结构与性能的影响,采用金相显微镜和电子万能试验机等检测方法对其进行组织结构及力学性能的表征,使用扫描电镜对试样条断口进行形貌分析。研究了球磨时间、预磨粉末粒度对超粗晶硬质合金晶粒度、抗弯强度等性能的影响。试验结果表明,相比添加细颗粒WC粉,添加纳米WC粉制备的超粗晶硬质合金的平均晶粒度增加更为明显。随球磨时间增加,合金组织均匀性提高,抗弯强度升高。添加5%(质量分数,下同)预磨纳米WC,球磨18 h制备的超粗晶硬质合金晶粒度达6.8μm,抗弯强度2 640 MPa,具有最佳综合力学性能。     

烧结工艺对粗晶硬质合金微观组织及性能的影响

以粗颗粒WC为原料,分别经真空烧结和低压烧结制备成WC-12%Co粗晶硬质合金;通过扫描电镜、光学金相显微镜以及显微硬度、矫顽磁力和抗弯强度测试,研究不同烧结工艺制备粗晶硬质合金的显微组织和性能。结果表明:与真空烧结相比,低压烧结可提高粗晶硬质合金的综合性能;随着炉内惰性气体压力从2 MPa增大到5 MPa,合金密度、矫顽磁力、硬度、抗弯强度和冲击韧性的变化均不明显。     

热处理对粗晶WC-Co硬质合金力学性能的影响

以WC-8.4Co粗晶硬质合金为研究对象,通过纳米压痕、大载荷维氏硬度测试等分析手段,研究了粗晶硬质合金在热处理过程中粘结相力学性能及合金整体力学性能的变化.结果表明,热处理对粗晶WC-Co硬质合金可通过提高硬质合金粘结相的硬度而使整体硬度得到一定改善,且合金的Palmqvist断裂韧性在热处理之后也有较为明显的改善.     

超细硬质合金WC晶粒大小对其摩擦磨损性能的影响

为了研究超细硬质合金WC晶粒大小对其摩擦磨损性能的影响,采用不同烧结工艺制得WC平均晶粒度分别为0.25、0.35、0.50μm的三种合金。通过密度天平、硬度计、摩擦磨损试验仪、三维轮廓扫描仪和扫描电镜等对合金进行表征分析。结果表明,合金的相对密度和硬度随着WC晶粒尺寸的增大而呈降低的趋势。WC平均晶粒度为0.25μm的合金,硬度高,往复摩擦过程能有效抵抗对磨球的作用,磨痕深度较浅,显示出较好的耐磨性能。当WC平均晶粒尺寸增加到0.35μm时,对磨球的侵入深度明显增加,合金的耐磨性能降低。继续增加WC平均晶粒尺寸到0.50μm,合金的硬度持续降低,磨损形貌中出现WC颗粒的破碎相,对磨球的侵入深度进一步增加,耐磨性能最差。     

稀土元素对WC－Ni硬质合金性能的影响

研究了稀土元素对Ｎｉ代Ｃｏ硬质合金性能的影响。结果表明，稀土元素可使ＷＣ－８％Ｎｉ硬质合金的性能大大提高，因而使其可以在许多领域取代传统的ＷＣ－Ｃｏ硬质合金。     

稀土元素对WC—Ni硬质合金性能的影响

研究了稀土元素对Ｎｉ代Ｃｏ硬质合金性能的影响，结果表明，稀土元素可使ＷＣ－８％Ｎｉ硬质合金的性能大大提高，因而使其可以在许多领域取代传统的ＷＣ－Ｃｏ硬质合金。     

钴含量对粗晶硬质合金磨损性能的影响

粗晶WC-Co硬质合金作为新型矿用工具材料,在不同工况条件下的耐磨性能与失效行为对其工业应用具有重要影响。本研究以Si C颗粒为磨料,采用MLD-10型动载磨粒磨损试验机,研究钴含量对WC晶粒度为5μm的粗晶硬质合金冲击磨粒磨损性能的影响。实验结果表明:钴的质量分数在6%~14%范围内增加时,硬质合金的磨损系数K均呈线性增加,耐冲击磨粒磨损性能则呈线性降低。粗晶硬质合金的耐冲击磨粒磨损机制为:表面层的钴粘结相先被Si C颗粒磨损,然后合金的耐磨性主要取决于凸出WC颗粒的失效行为。因此,硬质合金的磨损系数K与WC硬质相的体积含量呈正比。     

烧结压力对WC-12%Co粗晶硬质合金组织及性能的影响

研究了不同烧结压力对WC-12%Co粗晶硬质合金金相组织结构及物理力学性能的影响。结果表明:合金能够在较低的烧结压力下达到高度致密化,随着烧结压力增加,合金的三项性能没有明显的变化;当烧结压力为2 MPa左右时,合金的抗弯强度和冲击韧性最高,且具有良好的综合性能。     

粗晶WC-Co硬质合金强度和密度影响因素的变量搜索试验研究

采用粉末冶金气压烧结技术制备了粗晶WC-Co硬质合金,运用变量搜索试验设计研究了碳含量、烧结制度、钴含量、镍含量、球磨工艺参数对合金的抗弯强度和致密度的影响.研究表明,对抗弯强度影响程度的大小依次为:烧结制度与球磨球料比的交互作用,烧结制度与镍含量的交互作用,钴含量与球磨时间的交互作用,钴含量,碳含量与球磨时间的交互作...     

WC–Co硬质合金摩擦磨损行为的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟研究了WC–Co硬质合金在不同条件下的摩擦过程,分析了晶粒尺寸、摩擦载荷和滑动速率等因素对硬质合金摩擦磨损行为的影响,从原子尺度揭示了硬质合金发生摩擦磨损的微观机制。结果表明,随晶粒尺寸增大,相比于晶粒转动,Co相和WC中的位错滑移逐渐在摩擦引起的塑性变形机制中起主导作用。摩擦载荷增大会导致易变形的Co粘结相被挤出表面而首先去除,通过减小晶粒尺寸可以抑制Co相的挤出–磨损机制,进而提高硬质合金的抗滑动磨损性能。滑动速率升高会降低磨损速率,主要原因是在高速滑动过程中,亚表层各相中位错的形核扩展缺乏持续的驱动应力,位错密度较低,WC不易发生断裂,Co相被挤出表面造成的磨损程度明显减轻。     

含板状晶WC双模组织结构硬质合金的研究

采用超细WC原料，在WC-20Co合金中加入纳米Y2O3，在1440℃的液相烧结温度下获得了含板状晶WC双模组织结构的合金。通过对比低于共晶温度下热压固结工艺与传统液相烧结工艺制备的WC-20Co=1Y2O3硬质合金的组织结构发现，液相烧结合金中WC板状晶是在液相烧结阶段通过液相重结晶形成的，均匀分散在合金中的Y2O3具有促进WC从粘结相中均匀析出长大、抑制WC沿C轴方向生长的作用，因而使合金中粗大的WC呈现板状晶的形貌。研究结果表明，板状晶强化的双模结构WC-20Co—1Y2O3合金具有较好的综合性能。     

铸造碳化钨反应烧结制备粗晶硬质合金

以铸造碳化钨和钻为原料在低温条件下制备η相粉末,将该粉末与炭黑混合球磨、压制成形,在1450℃的真空条件下反应烧结制备粗晶硬质合金.探讨烧结气氛、烧结温度对合成η相的影响,碳含量对硬质合金物相、显微组织和物理性能的影响.结果表明在1 200℃的氮气气氛中合成了含有Co2W4C和Co6W6C的混合η相粉末;当总碳含量为5...     

超粗晶WC粉的制备工艺研究

研究了加盖还原-高温碳化法制备超粗晶WC粉的工艺,即先将WO_3装入特殊舟皿中,在930~980℃下进行氢还原,然后在2 300℃下进行碳化。与传统中温还原-高温碳化法和掺杂还原-高温碳化法相比,加盖还原-高温碳化法制备的超粗晶WC粉颗粒发育更为饱满,晶粒尺寸更为粗大,粒度分布更为均匀,粉末结晶更为完整。本工艺制备的WC粉研磨粒度已达7.4μm,符合超粗晶WC的粒度要求。     

粗晶硬质合金的研究现状及其发展前景

粗晶硬质合金具有特殊性能和用途,尤其是高温粗晶硬质合金具有结构缺陷少、显微硬度高、微观应变小等一系列优点,因此被广泛应用于矿山工具、冲压模具、石油钻采、硬面材料等领域。综述了国内外粗晶硬质合金的研究进展。介绍了其增韧耐磨机理和制备粗晶WC粉末的主要方法。     

超粗晶硬质合金的显微结构和力学性能

以超粗碳化钨粉和球形钴粉为原料,通过真空液相烧结工艺制备钴含量分别为7%和10%(质量分数)的超粗晶硬质合金。利用光学显微镜和SEM观察并研究超粗晶硬质合金的显微结构;测定并计算材料力学性能与显微组织参量间的关系。结果表明:超粗晶硬质合金中WC晶粒呈圆角形或等轴形,分布均匀;临界裂纹长度与WC平均晶粒度相近,导致横向抗弯强度降低;圆角形WC晶粒和较大粘结相平均自由程的存在使裂纹产生偏转、分叉和不连续现象,提高了材料的断裂韧性。     

亚微米晶WC-Co硬质合金中粗晶组织的形成

原料粉末氧化问题是亚微米晶硬质合金生产中一个不可回避的难题,因为氧化料会在硬质合金制备过程中形成粗晶或孔洞,使合金性能降低。本文在亚微米晶WC-Co硬质合金中添加氧化料并在不同温度下烧结,采用SEM观察氧化料在烧结过程中的形貌变化特征。结果表明压坯中的氧化料在烧结后会形成明显的粗晶组织。氢气烧结条件下粗晶组织更加明显。对粗晶组织的形成机理进行探讨,认为粗晶组织的形成是气相反应的结果,中间经过产生脱碳相组织CoxWyCx和W2C的过程。TG-DSC结果表明,在常压Ar气氛条件下,碳粉还原Co3O4的反应温度为732℃,碳粉还原WO3的反应温度为1 050℃。