超细晶钨钴类硬质合金可实现强度与硬度同步提升

来源:互联网  编辑:殷蓉艳【seo:殷蓉艳】
2016-10-08
【摘要】: 由WC和Co组成钨钴类硬质合金具有优异的硬度和耐磨性等性能,是一种应用广泛的工具、结构材料。但钨钴类硬质合金中的横向断裂强度与硬度之间存在排斥现象,即提升强度则会损害硬度,提升硬度则必导致其强度减弱。

  由WC和Co组成钨钴类硬质合金具有优异的硬度和耐磨性等性能,是一种应用广泛的工具、结构材料。但钨钴类硬质合金中的横向断裂强度与硬度之间存在排斥现象,即提升强度则会损害硬度,提升硬度则必导致其强度减弱。这是一个一直难以解决的技术难题。研究表明,显微组织具有超细晶特点的钨钴类硬质合金,可以实现强度与硬度的同步提升;一般要求,晶粒度在0.2~0.5微米的钨钴类硬质合金可称为超细晶硬质合金。然而,在制备WC-Co硬质合金的烧结阶段,晶粒会产生晶粒长大现象。为了实现钨钴类硬质合金的细小晶粒度,一般从两个方面着手。传统的方法是以WC和Co混合粉末为原料,球磨后混合制粒,然后压制成形,再进行压力烧结。为了避免晶粒长大,在混合粉末中添加VC和Cr2C3等晶粒长大抑制剂。另一种思路是采用晶粒度小的WC-Co复合粉末作原料。山东劳动职业技术学院遵循第二种思路,采用经喷雾转化、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,其中平均晶粒尺寸在50纳米以下且分布均匀,不添加晶粒长大抑制剂,经湿磨、成形和压力烧结工艺,成功制备出晶粒度在400纳米左右的超细晶WC-Co硬质合金,取得了良好效果。

    
 对所获材料显微组织的检测表明,他们用复合粉末制备的硬质合金晶粒尺寸小于0.5微米,属超细晶粒范畴,且WC晶粒大小分布均匀,WC之间均有Co相起粘结作用,搭桥现象大为减少,部分晶粒棱角发生了溶解消除,边缘更加圆滑,使合金在应用时不容易出现应力的过分集中。这些都有利于提高材料的力学性能。而传统方法混合粉末制备的合金中WC晶粒存在异常长大现象,这必将严重损害超细硬质合金的力学性能。
    
 横向断裂强度与硬度的检测证明,以复合粉末为原料制备的超细晶WC-Co硬质合金的强度与硬度均高于传统混合粉末制备的材料。特别是复合粉末制备试样的横向断裂强度达到4304N/mm2,远高于混合粉末制备试样的横向断裂强度(3200N/mm2);复合粉末制备的试样硬度为93.1HRA,也优于混合粉末制备试样的硬度(91.5HRA)。分析认为这与复合粉末的WC晶粒度细小,平均晶粒尺寸在50纳米以下且分布均匀,复合粉末中组元分布较均匀,W、C、Co三种组元分布达到分子级均匀等有关。
    
 他们的试验还发现,以复合粉末为原料制备的超细晶WC-Co硬质合金的与传统方法制备的材料在矫顽磁力值上具有明显差别。根据分析,合金中Co含量相同时,随着WC晶粒度的减小,Co相分散度增加,其平均自由程减小,矫顽磁力会增大。复合粉末制备试样矫顽磁力为34kA/m,传统方法制备的试样为26.7kA/m。由此也可证明以复合粉末为原料制备的超细晶WC-Co硬质合金中WC晶粒度比传统混合粉末制备的试样晶粒度小。
 
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关键字:硬质合金,钨钴类硬质合金,复合粉末
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