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。     

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。     

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。     

热等静压工艺对硬质合金性能的影响

应用烧结加热等静压和烧结-热等静压两种工艺制备了粗晶WC-15Co、WC-22Co和微晶WC-12Co-1Cr3C2、中等晶粒WC-12Co硬质合金,从原理、经济性论述了这两种工艺的差异及其对WC-Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明,烧结-热等静压制作的硬质合金孔洞消除了,并且硬质合金的抗弯强度和弯曲疲劳寿命也大幅度提高。     

选择性电溶法再生WC原料中杂质Ti在硬质合金烧结过程中的作用行为

采用基于选择性电溶法的再生超细WC粉末为原料,制备WC-10Co和WC-10Co-0.06La_2O_3硬质合金,研究原料中的杂质Ti,Ta和V在烧结过程中的作用行为。结果表明,杂质Ti,Ta和V同步迁移至合金烧结体表面,形成WTi(Ta,V)C_2富集相;合金中微量稀土La可促进Ti的表面迁移。Ti如果不是以固溶体型稳定化合物的形式添加,容易导致硬质合金中出现Co3W3C脱碳相和板状WC晶粒的形成。硬质合金微观组织结构的均匀性与Ti在合金中分布的均匀性密切相关。     

烧结方法对WC-Co硬质合金性能的影响

以原位还原碳化反应法制备的超细WC-Co复合粉为原料,分别采用放电等离子烧结、低压烧结和真空烧结工艺获得块体硬质合金,系统研究烧结方法对合金的显微组织、密度及力学性能的影响。结果表明:放电等离子烧结的合金中,主相为WC和Co,有少量η相(Co6W6C),低压烧结和真空烧结获得的合金中物相为WC和Co;所用3种不同的烧结方法均能获得细晶块体硬质合金,其中放电等离子烧结的晶粒最细为0.35μm;低压烧结合金具有优异的综合性能,HV30为15 121 MPa,断裂韧性为13.6 MPa.m1/2,横向断裂强度为4 210 MPa。     

添加不同抑制剂对细晶WC-6Co硬质合金组织和性能的影响

本文系统研究了添加不同配比的VC、Cr3C2、(Ta、Nb)C、TiC晶粒长大抑制剂对细晶WC-6Co硬质合金显微组织和性能的影响.研究结果表明,添加0.2％VC或0.2％VC与Cr3C2、(Ta、Nb)C、TiC抑制剂结合均可不同程度地细化合金晶粒,但由于这些抑制剂对Co相润湿性、流动性影响不同,导致合金的孔隙度也有所不同.在本试验条件下,在WC-6Co中加入0.2％VC对细化合金晶粒和降低孔隙度的效果最佳,使晶粒细化到0.5μm左右,因而其合金综合性能最好,洛氏硬度达93.1、抗弯强度1605 MPa、冲击韧性2.45 J/cm2、断裂韧性13.71 MPa ·m1/2.     

Co和Cr3C2对硬质合金组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了三种不同Co和Cr3C2含量的硬质合金材料。在常温下分别测量了材料的晶粒度、硬度和抗弯强度,并通过SEM照片等对材料的金相显微组织、断口形貌进行分析。结果表明:硬质合金中粘结相Co含量增多,其硬度下降,抗弯强度升高;微量碳化物Cr3C2在硬质合金中起到细化晶粒的作用,在高钴硬质合金中添加微量碳化物Cr3C2,能使材料具有高硬度、高抗弯强度的良好综合性能。     

碳化钨基硬质合金的抗蚀性

在耐蚀硬质合金中,WC基硬质合金占有很大比重,因此研究该类合全的耐蚀性是很有必要的。本文就WC基硬质合金在酸、碱中的抗蚀性及其与粘结相含量、成分以及合金中的石墨、η₁相等的关系进行了研究。并在此基础上,对低粘结剂含量的硬质合金的活化烧结进行了探讨。WC基硬质合金的耐蚀性,主要由粘结剂的抗蚀性所决定,并与其含量相关。以Ni、Mo、Co、Cr为粘结剂的合金的抗蚀性远远优于WCCo类合金。WC基硬质合金的抗蚀性与WC相晶粒尺寸及少量异种碳化物(Cr₃C₂、Mo₂C)、合金中的石墨和η₁相的存在有关。具有较好耐蚀性的低粘结剂硬质合金,可以采用化学混合制取复合粉末、强化球磨、活化烧结的工艺制备。WC-Ni·Mo·Co·Cr系硬质业合金是制作圆珠笔球的理想材料。     

表层富立方相超细晶梯度硬质合金微观结构

通过富氮气氛烧结WC?10TiC?0.5VC?0.5Cr2C3?12Co和WC?12Co硬质合金,研究梯度结构和均匀结构硬质合金的微观结构及力学性能.利用扫描电子显微镜观察合金断面的微观形貌,使用X射线衍射仪和能谱仪分析合金物相组成,并对合金表面和芯部的硬度与断裂韧性进行测试.结果表明:与均匀结构的WC?12Co硬质合...     

微波多模腔快速烧结WC-8%Co硬质合金

采用多模腔微波烧结工艺制备了WC-8%Co硬质合金,烧结周期为1～1.5h,研究了微波烧结工艺对合金组织结构与性能的影响。结果表明:微波烧结WC-8%Co硬质合金所需时间短,在1400℃的烧结温度下保温0min时密度就能达到14.71g/cm3,HRA可达90.3,烧结样品的显微组织结构均匀,样品中心和边缘区域WC晶粒尺寸分布一致,没有发现显著差异,随着烧结保温时间的增加和烧结温度的提高WC晶粒尺寸长大不明显。     

WC-TiC-TaC无金属粘结相硬质合金的热压致密化与晶粒生长行为

采用Cr、V掺杂超细WC与TaTiC2型单一相成分WC-36.5TiC-24.5TaC复式碳化物粉末为原料,通过1 700℃、20 MPa热压工艺,制备WC-3.65TiC-2.45TaC-0.47Cr3C2-0.28VC无金属粘结相硬质合金。采用X射线衍射分析技术研究烧结过程中的物相转变,采用扫描电镜与能谱仪对合金微观组织结构特征进行观察与分析。结果表明,在高温、高压固相烧结过程中,发生了W原子向复式碳化物中的大量固溶、TaTiC2型固溶体向TiWC2型固溶体的物相转变以及固溶体中Ta、Ti原子向WC中的反向固溶。合金固相烧结致密化主要机制为W原子与Ta、Ti原子之间的非平衡体扩散机制以及高温、高压下物质的粘性/塑性流动机制。W原子在固溶体型复式碳化物粘结相中的各向异性溶解-析出会显著削弱晶粒生长抑制剂的功能,导致板状WC晶粒的形成。     

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。     

（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。     

η相粉末的制备及烧结工艺对板状WC晶粒的影响

以W粉、Co粉及炭黑为原料制备η相粉末,向WC–10Co混合粉末中加入质量分数为8%的η相粉末和一定化学计量比的工业炭黑,利用传统粉末冶金工艺制备含板状WC晶粒的硬质合金。研究了合成温度对η相的影响以及烧结温度、固相烧结升温速率对板状WC晶粒的作用。结果表明:在氮气保护气氛下,当行星球磨时间为12 h时,1050℃保温1 h即可得到Co_6W_6C相含量较高的η相粉末。在保温时间为1 h的前提下,烧结温度为1440℃,有利于合金中板状WC晶粒的生长,此时合金的力学性能最佳;在烧结温度与保温时间一定的前提下,当固相升温速率由6℃/min降低到2℃/min时,板状WC晶粒的尺寸和长厚比逐渐增加,合金的强度保持不变,维氏硬度提高了3%,断裂韧性提高了13%。     

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。     

η相粉末的加入对WC-10Co硬质合金组织与性能的影响

通过向WC-10Co混合粉末中加入2%和4%质量分数的η相粉末和等摩尔量的炭黑,经过传统的粉末冶金工艺制备含板状WC晶粒的硬质合金,研究η相碳化反应过程以及η相粉末加入量、η相粉末在基体中球磨时间对合金组织与性能的影响。结果表明:加入少量的η相粉末及等摩尔量的工业炭黑后,WC-10Co中的WC晶粒出现了明显的板状特征,随η相粉末加入量增多,板状WC晶粒数量增多;在总球磨时间不变的前提下,随η相粉末在基体中球磨时间增加,板状WC晶粒的分布越来越均匀。所得到的板状WC晶粒是η相在950~1 200℃之间与WC-Co基体中扩散来的C原子碳化反应后生成不同形貌的WC孪晶得来的,且碳化速度是影响WC孪晶形貌的关键因素。相对于相同Co含量的传统硬质合金,板状WC晶粒均匀分布的硬质合金密度基本保持不变,硬度提高0.7%,强度提高6%,断裂韧性提高17%。     

热处理对钢结硬质合金TLMW50中复式碳化物形态与分布的影响

利用SEM对烧结态和热处理态钢结硬质合金TWLM50微观组织中复式碳化物形态与分布进行研究。结果表明：烧结态钢结硬质合金TLMW50微观组织中主要复式碳化物Fe3W3C、Fe2W2C相形状基本呈现长条状,宽约10—20μm之间,颗粒长度可达10～60μm之间,且复式碳化物的晶粒上还有细小的三角状二次碳化物析出。经过1050℃淬火,250℃回火复式碳化物颗粒的棱角有所钝化,条形颗粒明显减少。二次碳化物析出数量明显减少,大部分二次碳化物溶于或与初生复式碳化物发生反应,形成复式碳化物,且随机分布在初生复式碳化物上。热处理导致钢结硬质合金TWLM50硬度提高到65HRC,耐磨性显著提高。     

超细WC-Co复合粉热压烧结制备亚微米硬质合金

以原位还原所得超细WC-6%Co复合粉为原料,研究了热压烧结制备硬质合金材料的工艺过程,并分析了材料的物理性能及力学性能。结果表明:将平均粒径约300nm的超细WC-Co复合粉在热压炉中于1 370℃烧结1.5h,可得到平均晶粒度为600nm、相对密度99%且具有良好综合力学性能的亚微米WC-Co硬质合金。