LaB_6掺杂对超细晶WC-10Co合金断裂韧性的影响

通过球磨与低压烧结方法,制备了超细晶WC-10Co合金。采用X射线衍射、扫描电镜和断裂韧性测试,研究了LaB6掺杂对超细晶WC-10Co合金的组织与断裂韧性影响。结果表明,掺杂微量LaB6,能明显提高烧结体合金的致密度,减少合金中WC晶粒的异常长大及烧结过程中Co3W3C相的形成,合金的断裂韧性最终得以提高。1450℃烧结后,掺杂1%LaB6合金的断裂韧性从7.3 MPa.m1/2提高到12.3 MPa.m1/2。

碳含量对超细晶WC-12%Co硬质合金组织及性能的影响

经混料、压形、热等静压烧结制备了8组不同碳含量的WC-12%Co硬质合金,采用金相显微镜、扫描电镜、硬度计、电子万能力学试验机分析了碳含量对合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:碳含量为5.26%~5.42%的WC-12%Co硬质合金处于WC+γ二相区;当碳含量小于等于5.22%时,合金出现絮状、针状脱碳相;当碳含量大于等于5.46%时,合金出现黑色絮状的渗碳相,伴有粗晶、粗晶聚集及钴偏析现象。随着碳含量逐渐增加,WC晶粒逐渐长大,结晶趋于完整,晶粒边缘趋于平直化,晶界变得更加清晰,当碳含量达到5.54%时,WC晶粒边缘出现圆角。碳含量为5.26%~5.42%的合金处于WC、Co二相区,综合力学性能较优,硬度维持在1 777~1 695 kg/mm^(2),抗弯强度为3 357~3 290 MPa。

超细WC和细WC/Co添加对WC-10Co硬质合金微观结构与力学性能的影响

在粒径为0.5μm的超细碳化钨(WC)粉体表面包覆钴(Co)纳米颗粒获得细WC/Co,将细WC/Co、粗WC和Co粉通过球磨混合均匀,压制成型后在1420℃下真空烧结1 h,得到WC-10Co硬质合金。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、万能试验机等对比研究细WC/Co和超细WC对WC-10Co硬质合金微观形貌和力学性能的影响。结果表明:相比于超细WC,细WC/Co促进合金的致密化,并形成双晶结构。添加细WC/Co和超细WC制备的硬质合金的平均晶粒度分别为2.18μm和3.57μm。细WC/Co的添加会降低晶粒生长速度并抑制细晶完全溶解,而粗晶通过缺陷辅助生长及溶解-析出生长机制生长为表面阶梯状的缺角三棱柱形;硬质合金的硬度和断裂韧度得到提升,二者分别为1131HV 30和22.1 MPa·m^(1/2),而在1131HV 30同等硬度下,其断裂韧度比线性拟合的断裂韧度高27.7%。机理分析认为,超细WC的添加会导致异常晶粒产生,不利于性能;而细WC/Co的添加能够同时形成双晶结构和均匀的钴相分布结构,降低晶粒缺陷,提升综合力学性能。

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.

WC-10Co超细晶硬质合金的注射成形工艺研究

研究了WC-10Co超细晶硬质合金注射成形过程的各种影响因素,优化了球磨、注射、脱脂和烧结工艺。结果表明:在1 440℃下真空烧结1.0h得到的注射成形WC-10Co超细晶硬质合金烧结件具有最好的性能,硬质合金晶粒度为0.465μm,密度为13.99g/cm^3,HRA硬度为90.1。

钴粉粒度和成分对亚微米晶WC-10Co硬质合金组织和性能的影响

研究了原料钴粉的粒度、成分对亚微米晶WC-10Co硬质合金物理力学性能的影响。结果表明:在烧结工艺相同的情况下,钴粉越细,其表面能越高,熔化温度越低,合金致密化的时间越长,同时钴蒸气挥发时间也相应增加;随着钴粉粒度减小,合金密度增大,硬度、矫顽磁力降低,抗弯强度先增大后减小,当钴粉粒度为0.73μm时达最大。钴粉中Cl含量也是影响硬质合金孔隙的重要因素之一,当Cl含量达到550×10^(-6)时,合金内部出现大量孔隙。为得到优异性能的亚微米晶硬质合金,需严格控制原材料成分,同时调整生产工艺,缩短球磨时间,降低烧结温度。以FSSS粒度为0.73μm、Cl含量为171×10^(-6)的钴粉制备的亚微米晶WC-10Co硬质合金抗弯强度达4231N/mm^(2),硬度达91.8HRA,密度达14.45g/cm3,矫顽磁力达19.1kA/m。

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。

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。

碳含量对WC-6Co超细晶硬质合金WC晶粒长大激活能的影响

配制8组不同总碳含量(6.11%、6.13%、6.15%、6.17%、6.19%、6.21%、6.23%、6.25%)的WC-6Co混合料,在不同烧结温度下烧结制备WC-6Co超细晶硬质合金试样,并检测试样的磁学性能和微观结构,研究了碳含量对WC-6Co超细晶硬质合金WC晶粒长大激活能的影响。结果表明:随着混合料总碳含量的提高,硬质合金试样的Com值也逐步增加;在不同的烧结温度下,随着Com值的增加,Hc值均先升高后降低,硬质合金WC晶粒尺寸先减小后增大,且均在Com值约为5%时Hc达到最大值、WC晶粒尺寸达到最小值;WC晶粒长大激活能随Com值的增加先上升后下降,在Com为5.2%左右时达到最高值。这是由于碳含量较低时,随着碳含量的增加,WC晶粒表面生成的晶粒长大抑制剂(Cr_x,V_y)Cz碳化物增加,但随着碳含量的继续增加,(Cr_x,V_y)Cz的生成量已达到极值,而产生液相的温度进一步下降,液相量急剧增加,WC晶粒长大激活能又开始下降。

微波烧结法制备WC-10Co硬质合金

以直接还原碳化方法制备的超细碳化钨-钴复合粉末为原料,采用微波烧结、放电等离子体烧结、真空烧结制备碳化钨-钴硬质合金,研究1 200℃的烧结温度下,不同烧结方法对碳化钨-钴硬质合金性能的影响。微波烧结超细WC-10Co复合粉末,在1 200℃的烧结温度下保温7 min,制备了综合性能优良的超细WC-10Co硬质合金,相对密度达到99.5%,洛氏硬度为HRA 92.5,矫顽力为30.0 kA/m,磁饱和度为83%,平均晶粒粒度≤350 nm。与采用常规烧结方法得到烧结体相比,烧结时间显著减少,烧结体性能提高;与放电等离子体烧结相比,晶粒异常长大得到一定的控制。

SPS烧结制备WC-6Co-1.5Al硬质合金的研究

针对WC-6Co-1.5Al球磨粉末,研究SPS烧结工艺对烧结合金密度、组织、力学性能及断口形貌的影响规律。研究结果表明:在脉冲电流基值为360A、峰值为3 000A、频率为50Hz、占空比为50%,恒流电流为1 500A,总烧结时长为6min,烧结压力为30MPa的工艺参数下,利用脉冲电流烧结1min后,继之以恒流电流烧结5min,可获得密度、硬度和弯曲强度分别达14.2g/cm3、94HRA和1 660MPa的超细晶WC-6Co-1.5Al硬质合金块体材料;进一步延长或缩短脉冲电流烧结时间,烧结体的密度、硬度和弯曲强度反而下降。

纳米氧化铈对纳米晶硬质合金组织性能的影响

本文通过对比试验,研究了加入与未加入纳米CeO2的纳米晶WC-10%Co硬质合金的微观组织结构和性能(硬度、弹性系数、断裂韧性和耐磨性等),对纳米CeO2的作用机理进行了进一步的探讨。研究结果表明,纳米晶硬质合金在烧结制备过程中晶粒容易长大并容易生成缺碳相,而纳米CeO2的加入不但可以抑制硬质合金中碳化钨晶粒的不均匀长大,使烧结后硬质合金中的晶粒度明显减小,同时还可以显著抑制缺碳相的产生,从而大幅度提高纳米晶硬质合金的综合性能。

复合添加VC/Cr_3C_2对超细硬质合金机械性能的影响

采用定总量变比例复合添加的方式,系统研究了VC和Cr3C2晶粒长大抑制剂总含量为0.8%条件下,VC和Cr3C2不同添加比例对WC-10%Co超细硬质合金力学性能及组织结构的影响。结果表明:VC和Cr3C2的加入能够有效细化WC-10%Co合金晶粒,抑制Co池聚集,同时阻碍位错运动,强化粘结相,促进各种强化机制的充分发挥,进而改善合金的综合力学性能。在本试验条件下,WC-10%Co-0.2%VC-0.6%Cr3C2合金的综合力学性能最佳,其维氏硬度达1760,抗弯强度达4250MPa,断裂韧性达9.3MN-3/2。

复合添加Cr_3C_2/NbC对超细晶WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响

采用真空烧结方式制备超细晶WC-10%Co硬质合金,研究了复合添加晶粒长大抑制剂Cr3C2/NbC对合金组织及性能的影响。结果表明:在1400℃烧结条件下,添加剂的组成为0.4%Cr3C2+0.3%NbC时(文中含量均为质量分数),合金具有最好的综合力学性能,抗弯强度可达1951MPa、硬度1615HV30;WC平均晶粒尺寸为490nm。经SEM观察并通过EDS发现,抑制剂Cr3C2/NbC固溶到粘结相Co中,改变界面能,限制WC晶粒的长大;同时,也会降低WC在粘结相Co中的溶解度,从而起到细化晶粒的作用。

Cr_(3)C_(2)含量对模具用亚微米晶WC-10%Co硬质合金性能的影响

本文研究了不同Cr_(3)C_(2)含量对亚微米晶WC-10%Co硬质合金力学性能和磨削性能的影响。结果表明:随着Cr_(3)C_(2)含量的增加,合金硬度、抗弯强度先增大后减小,矫顽磁力增加,断裂韧性及密度降低;当Cr_(3)C_(2)含量达到0.6%(质量分数,下同)时,抗弯强度达到3975 N/mm^(2),硬度HRA达到91.8,密度达到14.38 g/cm^(3),断裂韧性K;达到21.8 MPa·m^(1/2);进一步增加Cr_(3)C_(2)含量(≥1.0%),Cr_(3)C_(2)偏析,合金出现第三相。磨削测试表明:Cr_(3)C_(2)含量在0.6%时,合金刃口平整;Cr_(3)C_(2)含量达到1.0%时合金刃口崩缺比较严重。因而Cr_(3)C_(2)含量在0.6%时,亚微米晶WC-10%Co合金制备的模具具有较好的综合力学性能和磨削加工几何尺寸精度。

超细硬质合金晶粒生长抑制剂VC、Cr_3C_2作用机理的研究

本文以液相复合-连续还原碳化方法制备的掺杂有VC和Cr3C2抑制剂的纳米复合WC-10Co粉末为原料,采用真空烧结+低压处理的工艺制备超细WC-10Co硬质合金,运用原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电镜(FESEM)确定VC和Cr3C2抑制剂在硬质合金中的分布,讨论其抑制晶粒生长的机理。一部分VC、Cr3C2抑制剂吸附在WC晶粒表面形成30nm～50nm的沉淀物,降低WC晶粒的表面能;一部分VC、Cr3C2溶解在Co相中,降低WC在液相中的溶解度;其余VC、Cr3C2沉积在WC晶界,从而有效地抑制WC晶粒的长大。

WO_(3)添加量对超粗硬质合金微观结构及性能影响

以WC、WO_(3)、Co、C为原料,通过原位细晶溶解-析出长大法制备了超粗硬质合金,并分析了不同WO_(3)添加量对合金微观结构及性能影响规律。结果表明:初始粉末中加入的WO_(3)和C在烧结过程中将发生原位一步还原碳化反应转化为高活性的细WC,促进溶解-析出长大现象,使超粗硬质合金WC平均晶粒度随着WO_(3)含量增加而增大。同时,WO_(3)添加能够减少粗WC晶粒微观缺陷和曲边的阶梯状表面,平直化晶粒边界,使其形貌趋于形成完整的三角棱柱体,其(0001)晶面占比高,能够有效提高合金硬度,阻碍裂纹扩展,增加钴相韧性断裂比例。当WO_(3)添加质量分数为4.2%时,制备的超粗硬质合金具有最大的硬度(10633 MPa)和抗弯强度(2692 MPa)。