超细晶WC-Co硬质合金制备技术的研究

以经喷雾转化、煅烧、低温还原碳化工艺制备出的纳米晶WC-6%Co复合粉末为原料,不添加晶粒长大抑制剂,经湿磨、成形和压力烧结工艺,成功制备出WC晶粒度在400nm左右的超细晶WC-Co硬质合金,并与传统工艺制备的合金进行性能对比。结果表明:复合粉末制备的合金中WC晶粒大小、组元分布更加均匀,晶粒无异常长大现象,强度和硬度均高于传统工艺制备的合金。     

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。     

烧结温度对WC-6.1Co超粗合金微观结构及性能的影响

采用传统的低压烧结工艺制备了WC-6.1Co超粗硬质合金,并通过光学金相观察和力学、物理性能检测研究了烧结温度对该硬质合金的微观结构以及性能的影响规律。结果表明:低压烧结制备的合金中WC晶粒度随烧结温度的升高而增大,WC晶粒孔隙始终较少,且棱角较鲜明,组织发育完整。此外,虽然磁力和导热系数随烧结温度的升高分别单调下降和增加,但烧结温度为1430℃时,WC-6.1Co超粗硬质合金的强度和硬度较高,具有最优的综合性能。     

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。     

高温中颗粒WC粉及其WC-6Co合金的组织和性能

采用高温氢还原工艺制备中颗粒钨粉,经添加适量炭黑球磨混合后,分别置于管式石墨通氢碳化炉中于1950和1680℃长时间碳化获得高温中颗粒WC粉和普通中颗粒WC粉末,继而在H2保护气氛下于1470℃的温度下烧结制备出WC-6%Co(质量分数)烧结体。通过费氏粒度仪和马尔文粒度分布仪分别测定了WC粉体的平均粒度和粒度分布,采用X射线衍射(XRD)分析了碳化产物的相成分。用扫描电镜(SEM)观察了粉末的形貌和烧结体的显微组织结构,按硬质合金性能测试标准对WC-6%Co烧结体的物理和力学性能进行了测定;研究了高温WC粉对低钴硬质合金性能的影响,并与普通工艺生产的YG6合金的性能进行了对比分析。结果表明,高温氢还原工艺制备的中颗粒钨粉粒度均匀,经高温碳化后所获WC粉粒度粗化,颗粒尺寸均匀,且颗粒表面光滑、发育完整、亚晶粗大、晶格缺陷少、碳化完全、纯度较高。高温WC粉制备的WC-6%Co合金的显微组织均匀,且WC硬质相晶形完整,平均晶粒度2.0～2.5μm,硬度和抗弯强度分别为HRA90.0和3000 MPa,综合性能优于YG6牌号合金性能,因而在地矿工具、切削刀具,冲压模具等领域有较高的应用价值。     

超细晶硬质合金的制备

以纳米WC粉末与超细钴粉为原料,采用行星球磨混料→压制成形→氢气脱胶→真空烧结工艺制备了WC-10Co超细晶硬质合金.研究表明,采用行星球磨混料获得的混合料分散均匀,颗粒细小且成形性好.采用该混合料在1 360℃下真空烧结制备的超细硬质合金其平均晶粒尺寸约0.34μm,抗弯强度3 100 MPa,硬度HV60为1 900,断裂韧性10.3 MPa·m1/2     

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。     

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。     

不同工艺条件对WC-20％Co硬质合金性能的影响

采用高能球磨法制备WC—Co粉末,分别在低压和真空条件下制备WC-20％Co硬质合金,通过对合金性能的检测和金相组织的观察,研究了球磨时间和烧结工艺对硬质合金性能的影响。结果表明,球磨时间对硬质合金性能和组织结构有明显的影响;通过控制适当的球磨时间,町提高硬质合金的硬度和高韧性;通过调节工艺,真空烧结也可以提高合金的性能,低压烧结对粗颗粒WC为原料的合金的综合性能提高不明显。     

SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金

以钨粉、钴粉、炭黑、有机碳为原料,研究了W、Co和C混合粉末在放电等离子烧结系统中碳化反应快速烧结制备WC-6%Co硬质合金的原位碳化烧结工艺。系统研究了配碳量、烧结温度、保温时间和加压方式对硬质合金的显微组织结构和性能的影响。结果表明:碳含量为理论值1.2倍时合金物相为纯WC和Co相,无脱碳相,也未发现游离碳;烧结温度在1 250℃时,WC晶粒均匀且无异常长大;保温时间设置为5 min时,合金性能较为理想;在W、Co和C混合粉末烧结初期施加30 MPa压强,待温度升到800℃时再将压强加到50 MPa制备的合金孔隙较少,致密化程度高。本工艺较传统制备工艺具有流程短,成本低的特点,可为硬质合金工业生产提供参考。