Mechanism of grain growth control in Ti(C, N)-based cermet during sintering

A typical Ti（C, N）-based cermet and another cermet with grain growth inhibitor Cr3C2 were studied using scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM）, energy dispersive X-ray analysis （EDX）. The two cermets have a “core-rim” structure. The structure is formed by dissolution of small ceramic grains and precipitation of （Ti, Mo, W）（C, N） around the remaining TiC core. Most of chromium element congregated in the rim phase when Cr3C2 was added. During liquid phase sintering Cr3C2 solved in binder phase and congregated around the hard grains, which reduced the solubility of TiC in liquid phase, and consequently restrained the dissolution and reprecipitation, the grains were restrained from growing up during sintering.

WC-Ni基硬质合金的光固化增材制造

采用光固化增材制造(3D打印)技术制备WC-Ni基硬质合金,研究了浆料配比和增材制造工艺参数对浆料流变性能和固化性能的影响以及WC-Ni基硬质合金的性能。结果表明:当浆料固含量为40%(体积分数)、分散剂为ZN-1344且加入量为粉体质量的2%时,WC-Ni浆料的流变性能满足增材制造工艺需求,当剪切速率为100 s^(-1)时,浆料黏度为2.718 Pa·s;该浆料的最大单层固化厚度可达144μm,对应工艺参数为0.01 mm线间距、90%激光功率和2 000 mm/s扫描速度;采用响应曲面法拟合数据获得的浆料单层固化厚度计算模型,计算值与实际值误差为3.4%,可起理论预测作用;光固化增材制造WC-15%Ni硬质合金的密度和相对密度最高,分别为13.51 g/cm^(3)和96.5%,加入1%晶粒长大抑制剂Cr_(3)C_(2)后,硬质合金维氏硬度显著提高,达到945 HV_(30),接近同等Ni含量但不含有Cr_(3)C_(2)的传统硬质合金硬度。

复合添加Cr_(3)C_(2)/VC/TaC的WC-12%Co超细晶硬质合金的组织和性能研究

研究了复合添加不同含量的Cr_(3)C_(2)、VC、TaC三种晶粒长大抑制剂对WC-12%Co超细晶硬质合金组织及性能的影响。结果表明,与采用Cr_(3)C_(2)+VC组合晶粒长大抑制剂的合金相比,采用Cr_(3)C_(2)+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的综合力学性能呈降低趋势,但导热性能更好。采用Cr_(3)C_(2)+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的组织和力学性能取决于晶粒长大抑制剂的抑制效果,而不是其添加总量,优化三种抑制剂的配比是提升合金性能的关键。

Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂比例对WC-10%Co超细晶硬质合金微观结构和力学性能的影响

本文以WC-10%Co为研究对象,添加质量分数1.0%的Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂,在1410℃下烧结1 h,制备了WC-10%Co-Cr_(3)C_(2)/VC超细晶硬质合金,研究了Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂比例对物相组成、WC晶粒尺寸和粒度分布、WC三维形貌及力学性能的影响。结果表明:随Cr_(3)C_(2)含量的减少和VC含量的增加,WC平均晶粒尺寸先快速后缓慢减小,WC粒度分布不断变窄;WC形貌由三棱柱向台阶三棱柱转变,WC(0001)晶面上的台阶数量不断增加,这些台阶会显著降低合金的断裂韧性和抗弯强度;WC-10%CoCr_(3)C_(2)/VC超细晶硬质合金的硬度先快速后缓慢增加,而断裂韧性和抗弯强度先快速后缓慢降低;当w(Cr_(3)C_(2))∶w(VC)=4∶1时,WC-10%Co-0.8%Cr_(3)C_(2)-0.2%VC硬质合金具有最优的综合性能,其维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为17.05 GPa、9.26 MPa·m^(1/2)和3650 MPa。

超细纳米硬质合金及晶粒长大抑制剂的研究

超细 纳米WC -Co硬质合金由于其优越的性能而获得更加广泛的应用 ,从而成为近年来各国政府研究学者及厂矿企业十分关注的热门话题。本文综述了国内外在超细 纳米硬质合金及晶粒长大抑制剂方面的研究进展。重点介绍了超细 纳米WC -Co复合粉末的制备技术和新的烧结工艺以及晶粒长大抑制剂的种类、添加方式和作用机理。

纳米硬质合金制备工艺的研究与发展

综述了纳米硬质合金制备工艺的研究与发展 .比较了生产纳米粉末的两种不同方法的优缺点 ,重点介绍了喷雾转化法 .实验数据表明 ,晶粒长大抑制剂的种类、加入方法对晶粒长大有很大的影响 .最后阐述了目前较流行的烧结工艺以及适用于纳米硬质合金烧结的等离子活化烧结和微波烧结 .

一种新型晶粒长大抑制剂对YG10硬质合金烧结行为的影响

研究了一种新型晶粒长大抑制剂对机械合金化制备的纳米晶WC-10Co复合粉末真空烧结行为的影响,探讨了其影响机理。研究结果表明:新型晶粒长大抑制剂有利于烧结致密化;在传统的过渡族元素碳化物基础上添加新型晶粒长大抑制剂,能明显提高复合抑制剂抑制晶粒长大效果,使WC晶粒在烧结过程中明显发生定向生长,抑制盘状WC晶粒的形成;含0.1%新型晶粒长大抑制剂的WC-10Co-0.8VC/Cr3C2纳米晶复合粉末压坯在1375℃烧结30min后密度为14.48g/cm3,WC晶粒尺寸为160nm,显微硬度为2.150GPa。

纳米晶WC-10Co硬质合金复合粉末的烧结行为及性能

研究了机械合金化制备的纳米晶WC-10Co复合粉末的真空烧结特征,分析了孔隙度、显微硬度与烧结时间和温度的关系,考察了改性ZrO2纳米粉体对烧结的作用。结果表明:在1325℃,15min的烧结条件下,样品的相对密度达到了98.6%;显微硬度随着烧结时间的延长和烧结温度的升高先增加后降低,在1325℃烧结15min条件下,合金的最大硬度为22950MPa;改性ZrO2纳米粉体既有利于晶粒长大的控制,同时又有利于材料致密化的进行,可以显著的提高烧结合金的性能。

复合添加VC/Cr_3C_2晶粒长大抑制剂对WC-12%Co超细晶硬质合金性能的影响

采用真空/压力烧结工艺制备样品,研究复合添加晶粒长大抑制剂及烧结温度对WC-12%Co超细硬质合金微观结构及性能的影响。结果表明,当晶粒抑制剂含量为0.5%VC/0.2%Cr3C2,1430℃和4MPa烧结制备的WC-12%Co超细硬质合金的抗弯强度达3786MPa,硬度为91.7HR,WC平均晶粒尺寸为0.6μm。富集在WC晶粒(0001)面上的V阻止WC晶面迁移,固溶在粘结相中的Cr3C2减缓WC颗粒在粘结相中溶解析出和再结晶长大过程,二者综合作用使WC晶粒细化。

放电等离子烧结制备Ti(C,N)基金属陶瓷

用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷材料。使用XRD、SEM对烧结体物相、微观组织进行了分析,并对金属陶瓷的硬度、抗弯强度和孔隙率进行了对比分析。结果表明:SPS工艺下形成了Ti(C,N)相;1350℃下保温8min是较佳的烧结工艺。原料粉添加VC后,烧结体晶粒组织明显细化,但孔隙率变大,综合性能仍高于未添加VC的金属陶瓷。

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+Ta C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Ta C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.

纳米晶W-25Cu复合粉末烧结行为的研究

研究了机械合金化工艺制备纳米晶W-25Cu复合粉末的烧结致密化和晶粒长大行为,并考察了一种新型晶粒长大抑制剂对抑制W晶粒长大的作用,探讨了其作用机理。结果表明,烧结致密化和晶粒长大强烈依赖于烧结温度和时间。经1200℃烧结30min后,烧结相对密度和W晶粒尺寸为97.7%和310nm。新型晶粒长大抑制剂抑制W晶粒长大效果明显。

抑制剂对WC-Co硬质合金涂层性能的影响

利用原位还原碳化反应合成的超细WC-12Co复合粉末作为原料,分别添加1.0wt%晶粒长大抑制剂即VC、Cr3C2和Nb C,经团聚造粒和超音速火焰(HVOF)喷涂制备了超细结构的硬质合金涂层。研究了不同晶粒长大抑制剂对涂层的显微组织结构、物相、硬度、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果表明,与未添加晶粒长大抑制剂涂层相比,添加1.0wt%VC或Cr_3C_2制备的硬质合金涂层中WC颗粒的平均尺寸降低了约49%,涂层硬度明显提高,磨损速率降低了约52%~55%。添加1.0wt%Nb C对制备涂层中WC颗粒尺寸的抑制作用不明显,Co粘结相中由于形成了(W,Nb)C化合物,其耐蚀性获得显著提高,但该化合物脆性大,导致涂层耐磨性不及添加VC和Cr3C2制备的涂层。

VC,Cr_3C_2对WC-Co纳米粉烧结性能的影响

研究了WC-10Co纳米复合粉的热压烧结,确定合理的烧结温度为1360℃.在纳米WC-10Co复合粉中分别掺杂1.0％VC和1.0％Cr3C2(质量分数),根据烧结体的断裂强度、洛氏硬度等性能和断口形貌,研究了晶粒生长抑制剂VC,Cr3C2对纳米复合WC-10Co粉末烧结性能的影响.结果表明,纳米WC-10Co复合粉掺杂1.0％VC或1.0％Cr3C2,在1 360℃烧结,可以得到晶粒度小于300nm的整体性能较好的超细WC-Co硬质合金,掺杂1.0％VC抑制晶粒生长的效果要好于掺杂1.0％Cr3C2.

VC/Cr_3C_2对微波烧结超细WC-10Co性能的影响

利用微波烧结技术,研究了添加VC/Cr3C2晶粒生长抑制剂对WC-10Co超细硬质合金微观结构及性能的影响。结果表明,添加总量质量分数为0.6%的抑制剂的合金的综合性能最好,过量的抑制剂反而会降低合金性能;并且微波烧结合金不论是否有晶粒长大抑制剂,均能得到均匀的细晶结构。

添加TaC和Y_2O_3对超细YG6硬质合金组织及性能的影响

研究了在不改变原有晶粒长大复合抑制剂Cr3C2/VC组成及含量基础上,再添加不同量TaC和Y2O3对YG6超细硬质合金力学组织和性能的影响。结果表明,TaC能明显抑制YG6合金晶粒的长大;添加0.1%TaC并在1 380℃下加压烧结制备的YG6合金,其致密度、硬度、抗弯强度均达到最大值,分别为99.88%、HRA 93.8和1 800 MPa。添加0.1%Y2O3也可抑制YG6合金晶粒的长大,但对合金其他方面的影响不明显。

YG10-RE系超细晶硬质合金烧结工艺及晶粒长大抑制剂的研究

在复合添加VC/Cr3C2的基础上,添加不同配比的TaC和Y2O3作为WC晶粒长大抑制剂,研究了晶粒长大抑制剂不同组合、含量对WC-10 wt%Co超细硬质合金性能及组织结构的影响。研究了真空烧结及后续热等静压处理对硬质合金硬度、致密度及其晶粒大小的影响。研究结果表明:在添加0.6wt%(VC/Cr3C2)的基础上,加入0.2wt%TaC+0.2 wt%Y2O3经1250℃真空预烧及HIP后续处理,硬质合金洛氏硬度为92.9 HRA,致密度为99.4%,硬质合金具有最优异的综合性能。

VC对微米级Ti(CN)基金属陶瓷微观结构和力学性能的影响

VC对于制备微米级的Ti(CN)基金属陶瓷,能够起到控制Ti(CN)晶粒长大的作用,并且能够使烧结体中晶粒粒度分布变得均匀。在液相烧结过程中,由于瓦尔德熟化效应使Ti(CN)晶粒长大,Ti(CN)晶粒的长大又分为连续长大和不连续长大。关于VC的抑制机理,目前还没有明确的结论,但有三种比较有代表性的说法:吸附机制、溶解机制和偏析机制。随着VC添加量的增加,Ti(CN)基金属陶瓷的抗弯强度呈现先升后降的趋势;VC的加入使材料的硬度减小。

纳米晶WC-10Co复合粉末的烧结致密化行为

研究了机械合金化纳米晶WC 10Co复合粉末的真空烧结致密化行为和一般规律。结果表明:烧结温度的提高和烧结时间的延长有利于样品的烧结致密化过程,在1275～1300℃致密化速度快,在1300℃,15min左右致密化过程已基本完成;VC、Cr3C2等复合晶粒长大抑制剂含量的增加不利于致密化过程;新型晶粒长大抑制剂A可以更有效地阻碍晶粒长大;纳米晶WC 10Co 0.8VC/Cr3C2 0.2A复合粉末压坯在1375℃,30min烧结条件下,所得的密度为14.48g/cm3,晶粒尺寸约为180nm。