钢结硬质合金与钢连接技术的研究现状

钢结硬质合金具有合金钢的优良力学性能和硬质合金的高耐磨性、高硬度的特点,具有良好的性价比,如何将钢结硬质合金与大型耐磨部件金属基体形成牢固的冶金结合,已成为提高设备整体耐磨性和使用寿命的技术关键,通过总结钢结硬质合金与钢的不同冶金结合形式、原理和特点,并概述了近年来国内外学者在此领域所取得的研究成果,具体介绍了镶铸、钎焊、扩散焊、激光焊、电弧焊等连接方法的研究现状,重点总结了这些连接方法的适用范围以及在使用过程中存在的问题,特别是钢结硬质合金与钢基体的界面结合情况进行了统计分析,最后,通过对现有技术的归纳总结,展望了未来实现钢结硬质合金与钢基体良好冶金结合的研究和发展方向.

TiC钢结硬质合金与堆焊过渡层的界面组织及性能研究

采用ERNiCrMo-3焊丝在TiC钢结硬质合金上堆焊过渡层,使用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、万能试验机对不同热输入下TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3熔敷金属界面的组织性能进行研究。结果表明:TiC钢结硬质合金和ERNiCrMo-3熔敷金属之间存在厚度为60~150μm的熔合区。随着焊接热输入的增加,熔合区的厚度逐渐增加;当热输入为3.5 kJ/cm时,界面处组织分布均匀,无气孔、裂纹以及晶粒异常长大现象。母材和堆焊金属之间存在元素扩散现象,二者实现了冶金结合;母材和堆焊焊缝之间存在一个硬度逐渐变化的缓冲区域;TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3堆焊金属界面剪切强度最高可达到443 MPa,满足恶劣工况下对耐磨件与基体结合性能的要求。

粘结剂和碳化钛含量对TiC钢结硬质合金组织和性能的影响

立足于碳化钛钢结硬质合金大批量生产的实践基础,探讨了使用不同粘结剂以及碳化钛的不同含量对钢结硬质合金的微观组织和宏观性能的影响。实验表明,在相同的压制成型工艺下,采用不同的粘结剂,在1380~1420℃真空烧结后,钢结硬质合金的致密度较高,都达到了预期的组织和性能,但是相对而言,使用橡胶基粘结剂的产品性能更稳定;不同碳化钛含量的钢结硬质合金,在1350~1420℃真空烧结后,钢结硬质合金同样都达到了预期的组织和性能,随着碳化钛在基体中的分布均匀性提高,颗粒形貌更加规则。

TiC钢结硬质合金的研究现状及展望

钢结硬质合金因其高硬度及良好的耐磨性,目前广泛应用于新型工具材料及工模具。概述了TiC钢结硬质合金的硬质相与黏结相成分设计对材料组织、性能的影响,介绍了TiC钢结硬质合金的制备方法。粉末冶金工艺仍是主流方法,阐述了粉末冶金方法中球磨、压制和烧结工艺的优化方法,而原位合成法、液压浸渗法和钢结硬质合金表面涂层也因其低成本和性能优异充满发展潜力。最后分析了TiC钢结硬质合金当前的不足,并展望了其未来的发展趋势。

真空熔结钢结硬质合金/Q235钢界面组织性能研究

采用真空熔结工艺制备了TiC钢结硬质合金/Q235钢复合板,研究了复合板界面显微组织和力学性能。结果表明:钢结硬质合金与Q235钢基体之间形成了一定宽度的互溶区,互溶区宽度主要取决于熔结温度和熔结时间。Mn、Ni、Mo元素由钢结硬质合金经互溶区向基体中扩散,Fe元素由基体通过互溶区向钢结硬质合金扩散。互溶区是材料显微组织、化学成分及显微硬度变化的过渡区。复合板界面剪切强度为176~245 MPa,表明钢结硬质合金与Q235钢基体之间形成冶金结合。

TiC基钢结硬质合金的研究现状

耐磨材料是新材料领域的核心之一,对新材料的发展起着重要的推动和支撑作用。本文概述了钢结硬质合金呈现硬质相和粘结相多样性、相成分拓宽以及制备技术不断丰富的发展特点,较系统地综述了润湿性、裂纹扩展方式对TiC基钢结硬质合金的力学性能的影响和作用机理,并指出其在使用中韧性不足的问题及强韧化的发展趋势和方法。

微波烧结温度对WC钢结硬质合金组织性能的影响

以WC颗粒为增强相,铁粉为基体,通过球磨、压制成型,微波烧结制备WC钢结硬质合金。结果表明:随着烧结温度的升高,硬质合金相对密度、显微硬度和抗弯强度均先升高后下降,在1280℃时达到最高值,即相对密度、显微硬度和抗弯强度分别达到94.85%、544 HV和847.37 MPa。1280℃烧结为液相烧结,烧结过程中WC和Fe发生相变,产生新的增强相Fe2W2C,新相以颗粒的形式存在,弥散分布在钢的基体中,对材料的性能起到强化作用。微波烧结比真空烧结温度更低,时间更短,力学性能更好。

电冶稀土WC钢结硬质合金中碳化物特征的研究

采用电渣熔铸冶金工艺,用回收的碳化钨钢结硬质合金作原料,再加入微量的稀土,制备了新型的钢结硬质合金。用透射电镜、扫描电镜、金相显微镜及X射线衍射等测试手段研究了新材料中的碳化物的特征。结果表明在该材料的显微组织中存在原始颗粒区和扩散区。原始颗粒区组织中碳化物的特征是存在大量变化甚微的角状大尺寸原始WCp及具有明显反应层的长椭圆状WC颗粒,界面反应产物为Fe3W3C。在粗大碳化钨颗粒附近能够原位生成先共晶析出相(WC和W2C),在较远处的钢基体中分布着细网状碳化物,同时有(Cr,Fe)7C3等条状复式碳化物生成;而扩散区主要细小W2C小颗粒、WC颗粒及再结晶W-Fe-C小颗粒组成。稀土的加入可提高WC颗粒分散性。

TiC含量对微波烧结钢结硬质合金组织及性能影响

以铁粉为基体,TiC颗粒为增强相,通过球磨、压制成型,微波烧结制备出TiC钢结硬质合金。结果表明,在1400℃微波烧结时,TiC颗粒与Fe具有良好的润湿性和流动性。随TiC含量升高,合金的晶粒逐渐变得均匀细小,合金的相对密度、显微硬度和抗弯强度均先升高后下降,相对密度和抗弯强度在TiC含量5%时达到最高值,分别为94.61%和1327.20 MPa,显微硬度在TiC含量10%时达到最高值,为760 HV。随TiC含量增加,钢结硬质合金的断裂方式由韧性断裂向脆性断裂过渡。

Al含量对TiC-Fe钢结硬质合金组织与性能的影响

为开发新型TiC基钢结硬质合金,采用Fe2Al5预合金粉末添加方式和普通液相烧结法制备不同Al含量(占粘结相含量的0、0.77%、1.54%、2.3%,质量分数)的TiC-65%(Fe-Cr-Mo-Al-C)钢结硬质合金。探讨Al含量对TiC-65%(Fe-Cr-Mo-Al-C)钢结硬质合金的组织与性能的影响规律;并考察Al含量对合金的烧结性、相种类及硬度的影响规律。结果表明:随Al含量的增加,Fe-C合金的包晶反应温度点降低,包晶反应区间、BCC铁素体区和低温区的κ-碳化物沉淀区扩大;合金的硬质相TiC形貌及分布相近,且Al主要是溶解在粘结相中;合金的铁磁性与粘结相中奥氏体数量有关,随Al含量的增加,淬火+回火态合金的硬度增加;其断裂韧性、抗弯强度在Al含量为1.54%时达到峰值。

热等静压工艺对新型TiC钢结硬质合金组织及磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Fe-3.0Cr-3.0Mo-0.5Cu-0.5C-33TiC钢结硬质合金,并对其进行了热等静压处理,对热等静压前、后材料的组织和性能进行了分析。结果表明:该材料的最佳热等静压参数为:压力1 4 0 MPa,温度1 260℃,保温保压时间0.5 h。经过热等静压处理后,材料烧结后遗留的孔洞等组织缺陷减小或消失,材料密度提高2.5%,硬度提高14.9%,抗弯强度提高34.4%,抗磨损性能明显提高。

TiC/耐热钢钢结硬质合金原位反应合成研究

以钛铁粉、铬铁粉、铁粉、胶体石墨等为原料,原位反应合成了TiC/耐热钢钢结硬质合金,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射等测试方法对所制备的试样进行了组织结构分析。研究结果表明:反应合成的钢结硬质合金主要相组成为TiC+FeCr固熔体,所合成的硬质相TiC颗粒细小,随烧结温度升高TiC颗粒略有长大。当加入一定的钼与硼后,钢结硬质合金硬度和致密度提高,TiC颗粒尺寸减小,分布更均匀。

热应力作用下碳化钨基钢结硬质合金梯形裂纹的形成机理

在自约束型热疲劳试验机上对碳化钨含量不同的钢结硬质合金进行了热疲劳试验 ,用金相显微镜和扫描电镜对热疲劳裂纹扩展行为进行了研究。结果表明 :在热应力作用下 ,不仅在合金的表面 ,在合金的内部都形成了“梯形”裂纹。这种形态的裂纹是由试样缺口处的热疲劳裂纹扩展而引起的 ,合金中的钢基体相阻碍裂纹扩展 ,而WC硬质相诱导裂纹扩展 ,这两种因素的综合作用促使热疲劳裂纹成“梯形”扩展。分析认为 :使WC粒子在钢基体中均匀分布 ,提高钢基体的热疲劳抗力 ,从而来阻止梯形裂纹的形成 ,是提高碳化钨钢结硬质合金抗热疲劳性能的有效途径。

电冶熔铸碳化钨钢结硬质合金的微观组织研究

针对矿冶工程用耐磨材料的特点 ,用电冶熔铸工艺研制了新型的碳化钨钢结硬质合金。该工艺可用废弃的粉冶钢结硬质合金做原料 ,低成本生产大体积工件。用扫描电镜、金相观察和X射线衍射等分析方法 ,对加入 40 %WC的试验材料显微组织结构进行了研究 。

新型TiC钢结硬质合金致密化技术

采用行星式球磨机对Fe-3.0Cr-3.0Mo-0.5Cu-0.5C-33TiC新型钢结硬质合金混合粉末进行高能球磨,对烧结后的合金进行热等静压和锻造处理,研究球磨时间、热等静压及锻造工艺对合金组织、性能及孔隙度的影响。研究结果表明:高能球磨使粉末细化和成分均匀化,促进烧结进程,随球磨时间的延长,合金组织细化且致密;热等静压和锻造工艺可进一步减小和消除合金中烧结后残留的孔洞等缺陷;锻造作为最后工艺,可使TiC颗粒之间的连接破碎,促使硬质相颗粒弥散分布,从而改善烧结组织,提高合金的致密性及力学性能。

钛铁矿碳热反应原位合成GT35钢结硬质合金的热力学分析

充分利用天然矿物钛铁矿(FeTiO3)中的铁和钛,采用原位合成反应烧结技术,成功制备了TiC基钢结硬质合金GT35。在真空炉中实现了合成与烧结一体化,为钢结硬质合金的低成本制备进行了有益的探索研究。对钛铁矿-碳体系的热力学过程进行了详细的理论分析,研究表明:体系主要发生碳热还原反应,中间产物为多种钛的氧化物,热力学上最为稳定的物相为TiC和Fe固溶体。通过实验证实,获得了界面结合良好、组织致密的钢结硬质合金。

成分参数对原位反应合成TiC/Cr18Ni8钢结硬质合金的影响

以钛铁粉、铬铁粉、铁粉、胶体石墨等为原料,原位反应合成了TiC/不锈钢钢结硬质合金,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射等测试方法对所制备的试样进行了组织结构分析.主要研究了成分参数硬质相TiC含量和C/Ti原子比对原位反应合成TiC/Cr18Ni8钢结硬质合金的影响.研究结果表明:钢结硬质合金主要相组成为TiC+Fe-Cr-Ni固熔体,TiC颗粒较细小,形状较规则,最大约2～3μm,大部分在1μm以下,随理论硬质相TiC含量的增加,钢结硬质合金的孔隙度增加,密度降低,TiC颗粒长大.C/Ti原子比为0.9的钢结硬质合金比C/Ti原子比为1.0的钢结硬质合金的密度更高,所原位反应合成的TiC颗粒的尺寸更小、数量更多,而且分布更均匀.

碳化钨钢结硬质合金热疲劳裂纹形成机理研究

对含有 35 %WC的钢结硬质合金在热应力作用下热疲劳裂纹形成过程进行了反复观察。结果表明 :此过程存在明显的裂纹萌生孕育期 :首先在缺口边缘上出现凹坑 ;随着热循环次数的增加 ,凹坑数目增多且尺寸变大。第一条热裂纹在最早出现的凹坑底部形成。与此同时 ,在缺口前沿区 ,原有的及后生的微孔也随热循环次数的增加而增多且变大 ;最终 。

热处理对钢结硬质合金TLMW50覆层微观组织的影响

利用液相烧结工艺成功制得以碳钢为基材,以TLMW50钢结硬质合金为耐磨覆层的复合材料。利用SEM、XRD等手段研究了1050℃淬火,150℃、200℃和250℃回火以及1100℃淬火,150℃、200℃和250℃回火6种不同热处理工艺对覆层材料的组织及微观形貌的影响。结果表明,上述6种热处理工艺均可以使钢结硬质合金TLMW50覆层中粘结相组织由珠光体转变为回火马氏体,硬质相结构会发生改变。其中1050℃淬火,150℃回火工艺较其它5种工艺优越,覆层粘结相中有Hgg碳化物形成,复式碳化物会演变为WC和FeWO4形式。

Ni_3Al含量对WC基钢结硬质合金组织与性能的影响

为了改善WC基钢结硬质合金性能,以热力学计算为基础,探索Ni_3Al添加量对WC-Fe(Cr,Mo)钢结硬质合金组织与性能的影响。采用粉末冶金方法,以添加Ni_3Al预合金粉的方式添加Al,通过液相烧结制得不同Ni_3Al含量(0,0.5%,1.0%,1.4%,质量分数)的WC-50%(Fe-Ni-Al-Cr-Mo)合金样品。采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜分别对合金的液相温度点、相组成和显微组织进行了检测分析,并讨论了合金物理力学性能和磁性能的变化规律。结果表明:粘结相主要由γ-α+β′三相构成,且随着Ni_3Al含量的增加,Ni元素可以稳定奥氏体,粘结相中γ-Fe含量增加,1250℃时,Fe-Ni-Al粘结相从液相中析出γ-Fe相的形核驱动力增大,使得粘结相的晶粒细化,粘结相中析出的Ni Al相增多;合金硬质相主要为WC和Fe_3W_3C,WC沿晶界偏聚;γ-Fe含量增多,固溶了更多C元素,使Fe_3W_3C的含量随Ni_3Al含量增加而减少;WC晶粒细化,分布更为弥散。在上述因素共同影响下,合金密度略有降低,粘结相的磁饱和强度下降,矫顽磁力上升;硬度上升,抗弯强度先下降后上升,并在添加Ni_3Al含量为1.4%时,硬度和抗弯强度达到最大值。