具有“圆形”WC晶粒的硬质合金

<正>硬质合金是基于液相烧结过程进行生产的,在液相烧结时,溶解/再析出过程导致WC晶粒长大和低能棱柱界面形成,这样的棱柱形晶粒具有尖锐的棱角,在加载负荷时,导致了拉应力的集中,结果促进了裂纹的产生和扩展。烧结合金微观结构中的WC晶粒趋于“圆形”可减少裂纹(特别是由于热冲击产生的裂纹)的敏     

不同工艺制备的超细WC对合金烧结过程及其性能的影响

分别将两种工艺制备的超细碳化钨粉末制备成成分为WC+0.2%VC+0.6%Cr_3C_2+6.5%Co的混合料,测量两种混合料压坯在烧结过程中的收缩率的变化,并比较烧结后的四项性能和金相组织。研究结果表明,两种工艺制备的超细碳化钨粉末混合料表现出不同的烧结特性:1#碳化钨混合料收缩率为17.52%,收缩时间较短;2#碳化钨混合料的收缩率为18.25%,收缩时间较长。1#碳化钨混合料由于WC结晶完整、活性小,在湿磨过程中增氧较少,钴磁较高,烧结后合金的金相组织均匀,没有粗大晶粒;反之2#碳化钨混合料烧结后钴磁较低,合金的金相组织有粗大晶粒。     

超细碳化钨粉末团粒特性及其对硬质合金晶粒异常长大的影响

选取两批超细钨粉,其中一批粒度分布均匀性较差,团粒较多;另一批粉末粒度分布均匀,团粒少。将两批钨粉在相同条件下进行碳化,制备成超细碳化钨,并分别配制成相同牌号的超细硬质合金,研究碳化钨团粒与钨粉团粒的关联性及碳化钨团粒对合金晶粒异常长大的影响。研究结果表明,碳化钨的团粒继承了钨粉团粒的基本特征,碳化过程会使团粒烧结致密化,钨粉、碳化钨粉团粒内部晶粒极细、结晶不完整、缺陷多。湿磨过程可以将碳化钨的团粒完全破碎分散,但是会生成大量活性高、结晶不完整、缺陷较为严重的纳米粒子,降低了粉末的均匀性。超细硬质合金晶粒异常长大与碳化钨的团粒有直接关系,碳化钨团粒中结晶不完整的碳化钨粒子是导致合金晶粒异常长大的主要原因。     

超细碳化钨制备关键技术及评价方法研究的新进展

从氧化钨原料、钨粉还原、碳化及评价方法等四个方面对超细WC制备关键技术进行综合评述。氧化钨原料的研究重点在于通过改善氧化钨的微观结构,从而提高超细钨粉的分散性和晶粒均匀性;在粒度可控的条件下提高钨粉晶粒生长的完整性,是超细钨粉还原过程最主要的研究方向;改善钨粉的分散性,提高钨粉与炭黑混合的均匀性及接触面积,提高超细碳化钨的结晶完整性并避免形成烧结团聚体是碳化阶段研究的重点;超细碳化钨团聚体微观缺陷分析、EBSD测量超细碳化钨真实晶粒度、合金晶粒度表征超细碳化钨粉末粒度均匀性等是目前超细碳化钨评价方法研究的重点。     

细晶碳化钨晶粒长大的控制

德国夫琅和费(Fraunhofer)陶瓷工程研究所开发了一种硬质、耐磨碳化钨材料，该材料可用于刀具和耐磨部件。据称：这种细晶材料的维氏硬度可以在2100~2700之间进行调节。通过烧结而无需添加昂贵的立方晶碳化物来抑制晶粒长大便可能达到全密度。要达到这一目的，其工艺如下：先将纯的超细或特超细碳化钨粉末(Co含量不超过0.5%)压制或挤压成密度为理论密度53%的生坯，接着进行烧结和低压热等静压(sinter/HIP)。 该研究所宣称，在烧结过程中用最近开发的三级法(three grades)就能控制晶粒长大，从零到大晶体，因为纯超细粉末具有非常均匀的晶…     

电磁搅拌过共晶(Mg2Si)20Al80合金的显微组织

研究了电磁搅拌对(Mg2Si)20Al80合金铸态组织的影响.结果表明在常规铸造条件下, (Mg2Si)20Al80过共晶合金中初生Mg2Si为粗大的多角形块状.经过电磁搅拌初生Mg2Si得到明显细化,并成为棱角圆滑的块状或球团状,且随励磁电流的增大,初生Mg2Si越细小、圆整.但励磁电流增大到一定值后初生Mg2Si晶粒反而变得粗大,最佳搅拌的励磁电流为15-19A.电磁搅拌下的磷变质使初生Mg2Si的细化和粗化处于动态之中.     

碳化温度对超细WC粉末性能与合金性能的影响

本文探讨了碳化温度对超细WC形貌、粒度、亚晶尺寸等粉末性能的影响和不同碳化温度制备的超细WC粉末对合金强度、硬度、微观结构等合金性能的影响。粉末样品的制备采用钨粉与炭黑的混合物为试验原料,在中频电炉中,分别于1 450、1 480、1 520℃碳化,利用Fsss粒度仪、SEM电镜、马尔文激光粒度分布仪、X射线衍射仪等仪器对粉末样品进行分析检测;制备的粉末样品加入细钴粉按照6%配成合金,采用1 410℃与1 450℃两个烧结温度制备成合金试验样品,测维氏硬度,抗弯强度,用金相显微镜观察合金的组织结构,比较不同碳化温度制备的超细碳化钨在不同的烧结温度下制备的合金性能与组织结构的差异。研究表明:碳化温度对超细碳化钨各项性能及超细合金各项性能有较大的影响,温度在1 480℃以下,单颗粒与单颗粒之间的烧结长大比较微弱,单颗粒内部的亚晶长大也很微弱,但当温度升高到1 520℃,亚晶尺寸有明显升高,粉末结晶更趋完整。低温碳化的超细碳化钨,结晶不完整,缺陷较多,粉末活性高,容易长粗,矫顽磁力降幅较大,造成合金的微观结构不均匀。高温碳化的超细碳化钨在1 410℃烧结制备的合金试样的综合性能与微观结构要优于1 450℃烧结制备的合金试样。     

细WC配比对非均匀YG20C合金性能的影响

研究了碳化钨粗颗细粒搭配对YG20C合金的力学性能与组织结构的影响,即在WC颗粒平均粒径为25μm的合金中,加入不同比例的平均粒径为2.0μm的WC颗粒,构成非均匀晶粒硬质合金。结果表明,非均匀YG20C合金的硬度和抗弯强度随着细晶粒碳化钨含量的增加都是先升高再降低。当细颗粒碳化钨比例为20%(文中含量均为质量分数)时,YG20C合金的综合力学性能最好,硬度和抗弯强度都达到"双高",其值分别为HRA83.5和2 800 MPa,比均匀YG20C合金的硬度和抗弯强度分别提高HRA1.2和400 MPa。并且非均匀YG20C合金的冲压使用效果最佳。     

液相烧结纳米WC／Co合金晶粒长大的抑制

新一类晶粒长大抑制剂合金已被开发出来．它使得在液相烧结纳米相WC／Co粉末压坯时WC晶粒的粗化得到较好的控制。这一类新合金是所选择的抑制剂碳化物(VC或／和Cr3C2)和钴金属的固溶体。这种方法使抑制剂碳化物在纳米复合物材料中分散得非常均匀，从而保证了烧结时WC晶粒长大得到更加有效的控制。加有抑制剂相的富Co基体熔点的明显降低．有助干WC晶粒长大速度降低，另一个有利的且可能是决定性的因素是液相Co中形成了稳定的金属／非金属原子团，即W、V、Cr／C原子团。可以认为，这种原子团阻碍了W和C原子从一个晶粒向另一个毗连晶粒的液相迁移，从而进一步降低WC的长大速度。     

烧结温度和时间对WC-24%Co硬质合金的WC晶粒形貌影响

本文以双峰粒度分布的粗晶WC为原料,研究了烧结温度和时间对高钴粗晶WC-24%Co硬质合金的WC晶粒形貌的影响规律,结果表明:随着烧结温度的降低,W和C原子迁移能量位垒增高,W和C原子的扩散速度降低,从而降低了液相烧结过程中的WC晶粒的生长速度,导致粗WC晶粒尺寸明显减小,WC晶粒形貌从具有棱角形貌转变成圆钝形貌,细WC晶粒的形貌从三棱柱向球形形貌转变。相应地,在1 450℃烧结温度下延长保温时间,WC晶粒进一步生长,WC晶粒有生长成平衡态形貌(截三棱柱)的趋势;在1 350℃烧结温度下延长保温时间,WC晶粒出现了层-层结构台阶形貌。     

基于高温再生原料的WC-Co硬质合金烧结体表面CaS物相的研究

采用基于高温煅烧-破碎法、S含量为0.004 3%的WC-Co再生复合粉末为原料,制备脱碳(含η相)与正常碳含量2种控碳水平的WC-12%Co和WC-12%Co-0.05%Y_2O_3的合金。扫描电镜与X射线衍射分析与观察结果表明,在合金烧结体表面均观察到了明显的CaS杂质富集相。合金烧结体表面CaS物相的形成,可以抑制稀土的表面迁移,不会破坏WC晶粒的结晶完整性,不会对合金抗弯强度产生不利影响,正常控碳水平的合金具有高强度特征。烧结过程中杂质的迁移不会对合金微观组织结构产生不利影响,合金微观组织结构为典型的粗细随机搭配非均匀结构,WC晶粒结晶完整。0.05%Y_2O_3的添加,有利于WC晶粒邻接度的降低,有利于合金中WC晶粒结晶完整性的进一步改善,使合金硬度提升0.6 HRA。     

碳化钨粗细颗粒搭配对WC—10%Co合金力学性能与组织结构的影响

本实验系统地研究了碳化钨粗颗细粒搭配对WC—10%合金的力学性能与组织结构的影响.优质碳化钨粉,通过空气分级的方法获得三种不同粒度级别的碳化钨.不同粒度级别的碳化钨,以适当的比例搭配和钴粉混合.获得具有“双重晶粒结构”的硬质合金,在凿岩试验中取得了良好的结果.     

立方相对超细晶梯度硬质合金微观组织的影响

以超细WC粉末为原料,采用低压预烧结和梯度烧结两步法制备了超细晶梯度硬质合金。通过添加不同的立方相,研究了立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响。结果表明,仅添加Ti(C,N)可以形成较厚的梯度层,但梯度烧结后WC晶粒尺寸有较大的增长。(W,Ti)C和(Nb,Ta)C的加入不利于较厚梯度层的形成,但在梯度烧结过程中可以抑制WC晶粒的生长。添加(Ti,W)C的合金在梯度烧结后出现了少量尺寸大于1 μm的WC晶粒,(Ta,Nb)C的加入可以很好的抑制合金中芯环结构立方相的形成。     

立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响

以超细WC粉末为原料,采用低压预烧结和梯度烧结两步法制备了超细晶梯度硬质合金。通过添加不同的立方相,研究了立方相对超细晶梯度硬质合金组织和性能的影响。结果表明,仅添加Ti(C,N)可以形成较厚的梯度层,但梯度烧结后WC晶粒尺寸有较大的增长。(W,Ti)C和(Nb,Ta)C的加入不利于较厚梯度层的形成,但在梯度烧结过程中可以抑制WC晶粒的生长。添加(Ti,W)C的合金在梯度烧结后出现了少量尺寸大于1μm的WC晶粒,(Ta,Nb)C的加入可以很好地抑制合金中芯环结构立方相的形成。     

原始WC粉末粒度分布及球磨时间对超细硬质合金微观结构的影响

分别采用两种Fsss粒度相近、粒度分布差别很大的超细WC粉末为原料,经10～50 h球磨,制备WC-12%Co-1.0%(Cr3C2+VC)混合料,并在1 350、1 410℃和1 450℃下烧结,采用SEM研究两种合金的微观组织结构变化。研究结果表明:采用粒度分布窄的WC粉末为原料,经10 h球磨后烧结,合金中WC晶粒分散均匀,几乎没有WC晶粒粗聚体;而采用粒度分布宽、包含大量团聚体的WC粉末为原料,经10 h球磨、烧结后,合金中含有大量的粗大WC晶粒团聚体,随球磨时间增加,WC团聚体数量、单个团聚体中包含的WC晶粒数量急剧减少,团聚体尺寸不断减小,经50 h球磨才能得到微观结构较为均匀的合金;相同球磨时间下,随烧结温度从1 350℃升高到1 450℃,团聚体尺寸不断增加,团聚体内的形貌也发生明显变化。     

微量元素Nb、C强化W-Lu_2O_3复合材料的组织及性能

采用机械球磨和放电等离子体烧结制备了W-Lu_2O_3和W-Nb-C-Lu_2O_3合金,通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱(EDS)和透射电子显微镜(TEM)研究分析了合金复合粉末的形貌、合金烧结体表面形貌和断口形貌;测定了合金的致密度、热导率、硬度和强度。结果表明:在W-Lu_2O_3的基础上添加微量Nb和C对钨合金晶粒细化、致密化和强度提高有着明显的效果,W-Nb-C-Lu_2O_3合金的相对密度比W-Lu_2O_3提高了5.75%,达到了95.12%,晶粒尺寸由8~13μm细化到2~5μm,W-Nb-C-Lu_2O_3合金比W-Lu_2O_3合金的显微硬度和抗拉伸强度得到明显改善。     

含钒添加剂对纳米硬质合金性能的影响

通过添加草酸氧钒替代碳化钒作为纳米硬质合金制备过程中的抑制剂添加剂，草酸氧钒在湿磨过程中溶解于酒精研磨液中，并在料浆中均匀分散，干燥过程中，草酸氧钒析出并吸附于碳化钨等颗粒表面。烧结过程中，草酸氧钒在400℃左右的温度下转化为氧化钒，在1000℃左右原位还原碳化为碳化钒，该碳化钒均匀分布于合金中，并在后续的液相烧结中抑制碳化钨晶粒长大。研究表明：添加草酸氧钒制备的硬质合金的矫顽磁力值高于添加碳化钒制备的硬质合金的矫顽磁力值；添加碳化钒，容易导致硬质合金中存在碳化钒聚集现象，而添加草酸氧钒制备的合金微观结构没有发现碳化钒聚集现象。     

WC碳量对WC-6%Ni硬质合金组织与性能影响

选用总碳含量为5.90%（不饱和碳,质量分数,下同）和6.15%（饱和碳）两种WC原料,分别配制WC-6%Ni硬质合金的橡胶混合料和石蜡混合料并压制成压坯,通过调整压坯的脱胶和脱蜡条件来改变合金的相对磁饱和,使合金具有二相（WC+Ni）或三相（WC+Ni+η和WC+Ni+C）结构,对比研究了在相对磁饱相当的状态下,不饱和碳化钨原料和饱和碳化钨原料对WC-6%Ni硬质合金的组织结构与性能的差异。结果表明：WC-Ni硬质合金的比饱和磁化强度较低,但仍然和WC-Co硬质合金类似可以作为衡量合金碳含量高低的指标,其极限相对磁饱和值约为90%左右;不饱和碳化钨原料由于W2C相的存在,制得的合金组织受碳含量影响敏感,极易出现异常粗大晶粒的情况;在无磁状态、且处于二相结构时,不饱和碳化钨原料制得合金的密度、硬度、抗弯强度都稍高于饱和碳化钨原料制得合金;在相对磁饱和约80%、且处于二相结构时,不饱和碳化钨原料制得合金的密度、硬度稍高于饱和碳化钨原料制得合金,但饱和碳化钨原料制得合金的抗弯强度比不饱和碳化钨原料制得合金高19.4%。生产实践中,应选用饱和碳的碳化钨原料生产WC-Ni硬质合金以获得均匀的组...     

耐磨硬质合金牌号

对于耐磨硬质合金牌号 ,一般是简单的碳化钨 -钴合金 ,涉及的成分和晶粒度范围较宽。人们常常认为压痕硬度与耐磨性有关 ,但是对于具有类似成分的硬质合金而言的确如此。含高比例碳化钛的复杂成分合金可显示出比“单纯的”碳化钨 /钴 (WC/ Co)合金高得多的维氏硬度 ,但是其可测定的程度次于耐磨蚀性。在大多数情况下 ,选择具有最大耐磨性的硬质合金牌号 ,由于韧性不足而不可避免因断裂而造成的早期失效。对于这种应用情况 ,预期 WC/ Co牌号可得到最理想的性能。在某些特殊情况下选用某种合金牌号 ,是由于其具有某种其它的性能或诸如弹性…     

两步烧结对超细晶WC-4%Co硬质合金微观组织及性能的影响

采用瞬时烧结法确定了超细晶WC-4%Co硬质合金在烧结过程中矫顽磁力突变温度,据此设计了该合金两步烧结工艺曲线。采用传统烧结方法和两步烧结方法制备超细晶WC-4%Co合金,研究了两步烧结方法对超细硬质合金的微观组织、力学性能和切削性能的影响规律。结果表明:超细晶WC-4%Co合金矫顽磁力突变的温度点在1 450℃以上。采用传统烧结方法制备的超细晶WC-4%Co合金中WC晶粒的三维形貌为多台阶层状结构,WC晶粒尺寸分布范围宽;两步烧结方法制备的WC-4%Co合金中WC的晶粒三维形貌发育为单层和三棱柱混合结构,WC晶粒尺寸分布范围窄。由于细颗粒WC溶解-析出行为的充分进行,两步烧结方法制备的合金硬度略微下降,断裂韧性有较大幅度提高。铣削试验结果表明:两步烧结制备的超细晶WC-4%Co合金木工铣刀的的抗崩刃性能及铣削寿命高于传统方法烧结的合金产品。