含板状WC晶粒WC-10%Co硬质合金的组织和性能

采用板状WC单晶颗粒作为晶种制备含板状WC晶粒的WC-10%Co(质量分数)硬质合金,研究板状WC晶种的加入对WC-10%Co硬质合金显微组织和性能的影响。研究结果表明:加入板状晶种后,WC-10%Co合金中的WC晶粒具有明显的板状特征,且晶粒尺寸大于未加晶种的合金晶粒尺寸;少量晶种的加入对WC-10%Co合金密度无影响,而硬度和韧性都有所增加,特别是抗弯强度增加12.8%,断裂韧性提高46.9%。合金中WC晶粒形状的改变是硬度和韧性提高的主要因素。

板状WC晶粒WC-(Co-Ni)硬质合金的组织和性能

采用真空烧结法制备了板状WC晶粒WC-(Co-Ni)硬质合金,通过XRD、SEM、EDS等手段研究了Ni/(Ni+Co)比对硬质合金组织和性能的影响规律。结果表明:随着Ni/(Ni+Co)比的增大,硬质合金显微组织中板状WC晶粒的比例逐渐减少,硬质相颗粒的尺寸逐渐增大且平均长厚比逐渐减小。当Ni/(Ni+Co)比过大时,硬质合金中硬质相颗粒出现了团聚现象,使其力学性能显著降低。当Ni/(Ni+Co)比为0.3和0.5时,WC-(Co-Ni)硬质合金的综合力学性能较高,这与其硬质相颗粒较细和平均长厚比较大有关。当Ni/(Ni+Co)比为0.5时,WC-(5Co+5Ni)硬质合金具有较优的综合力学性能,其抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为2 448 MPa、90.0HRA、21.2 MPa·m^(1/2)。

TaC含量对板状WC晶粒硬质合金显微组织和力学性能的影响

本文以真空烧结法制备了显微组织中含有板状WC晶粒的WC-TaC-Co硬质合金,通过DSC、XRD、SEM、EDS等手段研究了TaC添加量对板状WC晶粒硬质合金显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随着TaC添加量的增加,WC硬质相平均晶粒尺寸先下降再增大,WC硬质相晶粒的平均长厚比先略有上升再减小。随着TaC添加量的增加,抗弯强度下降,硬度、断裂韧性先增加后下降。当TaC添加量为0.5%时,硬质合金具有较优的综合力学性能,其抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为:2617MPa、91.5HRA、15.4MPa·m^(1/2)。

含板状WC晶粒硬质合金的研究进展

结合WC晶粒的结构及其板状晶形成机理,从制备原料、球磨工艺、烧结工艺及非均匀结构等方面对含板状WC晶粒硬质合金的研究进展进行综述,指出了板状晶硬质合金现阶段所面临的问题及未来发展前景。

含板状WC晶粒硬质合金制备方法的研究

以市售W粉,Co粉和石墨粉末为原料,采用普通工艺制取WC-12wt%Co合金。合金显微组织正常,含有大量板状WC晶粒。研究表明,使用板状W颗粒粉末、提高烧结温度和延长烧结时间都有助于合金中板状WC晶粒的形成。

含板状WC晶粒硬质合金的强韧化机制研究

通过加入2.5%板状WC晶种,制备含板状WC晶粒硬质合金,研究其强韧化机制。结果表明:WC晶粒的各向异性和形状改变诱导的Hall-Petch硬化是硬质合金硬度增加的主要原因。加入板状晶种后,裂纹在扩展过程中出现了明显的穿晶断裂和Co相桥接,增加了裂纹偏转,硬质合金的抗弯强度大大提高。不同Co含量和初始WC粉体粒度制备的含板状WC晶粒硬质合金,穿晶断裂、Co相桥接和裂纹偏转对抗弯强度增加的贡献不同。

板状WC晶种加入对硬质合金性能的影响

通过加入板状WC晶种制备含板状WC晶粒的WC-10%Co和WC-20%Co硬质合金,研究了加入板状WC晶种对两种硬质合金显微组织和性能的影响。结果表明,加入板状WC晶种后硬质合金中的WC晶粒具有明显的板状特征,WC-20%Co中的板状WC晶粒比WC-10%Co多且尺寸大。少量晶种的加入对WC-10%Co和WC-20%Co硬质合金密度基本无影响,但两者的硬度和抗弯强度都有所增加,特别是抗弯强度分别提高了12%和11%。

固相烧结阶段的升温速率对板状WC晶粒硬质合金的显微组织和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备板状WC晶粒硬质合金,在800~1 200℃条件下以不同升温速率升温。采用XRD、SEM、EDS研究了固相烧结的升温速率对其显微组织及力学性能的影响。研究结果表明：在800~1 200℃温度区间内,随着升温速率的降低,硬质合金的硬度、抗弯强度、断裂韧性均有所提高;其中,随着800~1 000℃的升温速率的降低,硬质合金最终烧结体的组织变得均匀,二维结构中硬质相的晶粒长厚比升高,材料硬度提高趋势较大;随着1 000~1 200℃的升温速率的降低,硬质相晶粒细化,粘结相中固溶合金元素含量增加,材料抗弯强度提高的幅度较明显;同时降低800~1 000℃和1 000~1 200℃的升温速率,可使裂纹长度减小,裂纹偏转增强,大幅提高材料的断裂韧性。在800~1 200℃以2℃/min升温得到的烧结体可获得较均匀的显微组织,硬质相颗粒大部分呈板条状且颗粒长厚比较大,烧结体具有较好的力学性能。

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 2 0Co合金中加入纳米Y2 O3,在 1 4 4 0℃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 2 0Co 1Y2 O3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Y2 O3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 2 0Co 1Y2 O3合金具有较好的综合性能。

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%。

Effects of cubic carbides and La additions on WC grain morphology,hardness and toughness of WC-Co alloys

Effects of Cr3C2,VC and La2O3 additions on the WC grain morphology,hardness and toughness of WC-10Co alloys were investigated.To intensify the grain growth driving force,nano W and nano C,instead of the conventionally used WC,were used as the starting materials.To obtain a three-dimensional WC grain morphology,the natural sinter skins of the alloys were observed directly by scanning electron microscopy.It is shown that the additions have a strong ability in regulating the WC grain morphological and grain size distribution characteristics and the combinations of hardness and toughness.Due to the formation of regular and homogeneous triangular platelet WC grains,WC-10Co-0.6Cr3C2-0.06La2O3 alloy shows an excellent combination of hardness and toughness.The morphological regulation mechanism,the relationship between the WC grain morphology and the properties were discussed.

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。

不同细WC添加量对板状硬质合金显微组织和力学性能各向异性的影响

本文以真空烧结法制备了显微组织中含有板状粗WC晶粒的WC-Co硬质合金。用三点弯曲法、洛氏硬度计、压痕法分别测得试样的抗弯强度、硬度和断裂韧性,并通过XRD,SEM等手段研究不同细WC添加量对板状硬质合金显微组织及力学性能各向异性的影响。结果表明:随着细WC添加量的增加,板状硬质合金中板状粗WC晶粒定向排列程度越弱,板状硬质合金在垂直于压制方向和平行于压制方向的显微组织差异逐渐减小;当细WC的添加量为35%(质量分数,下同)和45%时,硬质合金中板状粗WC晶粒基本是随机分布,不同方向上的显微组织差异较小。随着细WC添加量增加,硬质合金垂直于压制方向和平行于压制方向上的强度和硬度增加,断裂韧性下降,并且两个方向上的力学性能差异逐渐减小;当细WC的添加量为35%和45%时,两个面上的力学性能基本一致;当细WC的添加量为35%时,硬质合金的综合力学性能较佳。

Ni_x(Ti_(0.6),W_(0.4))_4C系η相的Ni含量对碳化合成(Ti_(0.6),W_(0.4))C-18Ni金属陶瓷组织与性能的影响

先采用高能活化–预烧结法合成TiC基金属陶瓷(Ti_(0.6),W_(0.4)_)_4C-xNi(x为质量分数,%。x=6,8,12,18)系η相粉末,然后再补碳烧结制备(Ti_(0.6),W_(0.4)_)C-18Ni金属陶瓷。分析不同Ni含量的η相粉末的形貌与物相组成,并进一步研究η相粉末的Ni含量对(Ti_(0.6),W_(0.4)_)C-18Ni金属陶瓷组织与力学性能的影响。结果表明,随(Ti_(0.6),W_(0.4)_)4C-x Ni粉末的Ni含量增加,η相逐渐由Ni_2W_4C向Ni_6W_6C转变;(Ti_(0.6),W_(0.4)_)4C-x Ni粉末的Ni含量增加有利于烧结过程中WC的析出,当x=12%时,析出颗粒状WC相,当Ni含量增加至18%时,颗粒状WC相转变为板条状,板条状WC相的析出可更有效地提高(Ti_(0.6),W_(0.4)_)4C-xNi金属陶瓷的抗弯强度和韧性。(Ti_(0.6),W_(0.4)_)C-18Ni金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都随η相粉末的Ni含量增加而提高,当x=18%时,抗弯强度和断裂韧性分别为1 730MPa和15.8 MPa·m1/2。

等离子球磨技术在制备WC-Co硬质合金中的应用

本文简述了高强韧WC-Co硬质合金的发展方向,介绍了等离子球磨新技术的基本原理和方法,总结了近年来基于等离子球磨技术的"碳化烧结一步法"在制备高性能WC-Co硬质合金中的进展。等离子球磨制备硬质合金表现出3点优势:(1)显著提高了W与C反应的活性,极大地降低了WC的合成温度,有望采用"碳化烧结一步法"制备WC-Co硬质合金,简化制备工艺流程,实现节能降耗;(2)等离子球磨有利于形成板状结构的WC晶粒,并且能够较方便地控制WC的形态,为设计和调控WC-Co硬质合金的组织创造了很大的空间;(3)利用等离子球磨方法制备WC-Co硬质合金适于普通烧结的规模生产技术,所得到的材料具有优异的强韧力学性能。

W粉粒径和烧结温度对一步法制备WC-10%Co硬质合金组织性能的影响

等离子球磨“碳化烧结一步法”制备WC-Co硬质合金有利于板状晶WC的形成和形态控制。本文进一步研究了等离子球磨W-C-Co复合粉末的组织演变,着重考察原始W粉粒径和烧结温度对WC-10%Co硬质合金组织、性能的影响。结果表明,等离子球磨使W颗粒显著呈片状,并增加其中位错等缺陷,提高粉末中的变形储能,同时增加了W/C反应界面,均有利于WC板状晶的生成;随着原始W粉粒径增加,等离子球磨所制备的层片状聚集体的片径越大,其生成的板状WC晶粒也越大,板状WC晶粒的定向排列程度也越高;随着烧结温度增加,WC晶粒的长径比和板状WC晶粒的定向排列程度有所提高。当原始W粉粒径为2.5μm、烧结温度1440℃时,所制备的WC-10%Co硬质合金样品垂直于压制方向截面的横向断裂强度、硬度和断裂韧性分别为3542 MPa、14.896 GPa、16.73 MPa·m^(1/2);平行于压制方向截面的硬度和断裂韧性为13.975 GPa、15.06 MPa·mm^(1/2)。

碳含量对非均匀硬质合金组织和性能的影响

采用费氏粒度(Fsss)0.8μm及1.8μm两种WC为原料,研究0%~0.06%炭黑添加量对WC-6%Co非均匀结构硬质合金试样的孔隙度、石墨相、WC晶粒分布及形貌、性能的影响。结果表明:随着炭黑加量的增加,合金试样的孔隙度均为A02B00;平均晶粒度在0.95~1.00μm之间变化,粒径离差系数在0.83~0.89之间变化,粗细WC晶粒个数分数的比值呈现先降后升,在炭黑添加量达到0.04%时,金相组织渗碳,粗细WC晶粒个数分数的比值出现最小值1.175;随着炭黑加量的增加,组织中出现粗大板状WC晶粒;合金试样的矫顽磁力、钴磁先增加后变化缓慢,密度降低。炭黑的添加改变了合金碳含量,对合金WC晶粒形貌及分布造成影响,促进板状WC晶粒形成,使得合金硬度和断裂韧性小幅度同步提升。