超細晶WC-Co硬質合金的制備

  由(you)WC和(he)Co組成(cheng)鎢鈷類(lei)(lei)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)具有優(you)異的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)和(he)耐磨(mo)性(xing)等(deng)性(xing)能(neng),是(shi)一(yi)種(zhong)應用廣泛的(de)(de)(de)工具、結構材料(liao)(liao)。但鎢鈷類(lei)(lei)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)橫向斷裂(lie)強(qiang)度(du)(du)與硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)之(zhi)間存(cun)在排斥現象,即提升強(qiang)度(du)(du)則(ze)會(hui)損害硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du),提升硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)則(ze)必導致其強(qiang)度(du)(du)減(jian)弱(ruo)。這是(shi)一(yi)個一(yi)直難以(yi)(yi)解決的(de)(de)(de)技術難題(ti)。研(yan)(yan)究(jiu)表明(ming),顯(xian)微組織(zhi)具有超細晶(jing)(jing)(jing)特點的(de)(de)(de)鎢鈷類(lei)(lei)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin),可(ke)以(yi)(yi)實現強(qiang)度(du)(du)與硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)的(de)(de)(de)同(tong)步提升;一(yi)般(ban)要求,晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)度(du)(du)在0.2~0.5微米的(de)(de)(de)鎢鈷類(lei)(lei)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)可(ke)稱為(wei)超細晶(jing)(jing)(jing)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)。然而,在制(zhi)備WC-Co硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)燒結階段,晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)會(hui)產生晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長(chang)大(da)現象。為(wei)了(le)實現鎢鈷類(lei)(lei)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)細小晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)度(du)(du),一(yi)般(ban)從兩個方(fang)面著(zhu)手。傳統的(de)(de)(de)方(fang)法是(shi)以(yi)(yi)WC和(he)Co混合(he)(he)粉(fen)末為(wei)原(yuan)料(liao)(liao),球磨(mo)后(hou)混合(he)(he)制(zhi)粒(li)(li),然后(hou)壓(ya)制(zhi)成(cheng)形,再進行壓(ya)力(li)燒結。為(wei)了(le)避(bi)免晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長(chang)大(da),在混合(he)(he)粉(fen)末中(zhong)添加(jia)VC和(he)Cr2C3等(deng)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長(chang)大(da)抑(yi)制(zhi)劑(ji)。另(ling)一(yi)種(zhong)思路(lu)是(shi)采(cai)用晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)度(du)(du)小的(de)(de)(de)WC-Co復(fu)合(he)(he)粉(fen)末作原(yuan)料(liao)(liao)。科研(yan)(yan)工作者遵循第二種(zhong)思路(lu),采(cai)用經(jing)噴霧轉(zhuan)化、煅燒、低(di)溫還原(yuan)碳化工藝制(zhi)備出的(de)(de)(de)納米晶(jing)(jing)(jing)WC-6%Co復(fu)合(he)(he)粉(fen)末為(wei)原(yuan)料(liao)(liao),其中(zhong)平均(jun)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)尺寸在50納米以(yi)(yi)下且分(fen)布均(jun)勻,不添加(jia)晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長(chang)大(da)抑(yi)制(zhi)劑(ji),經(jing)濕磨(mo)、成(cheng)形和(he)壓(ya)力(li)燒結工藝,成(cheng)功(gong)制(zhi)備出晶(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)度(du)(du)在400納米左右的(de)(de)(de)超細晶(jing)(jing)(jing)WC-Co硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin),取得了(le)良好效果(guo)。

  對所獲材(cai)料(liao)顯微組織的(de)檢測表明,他們用(yong)復合粉末(mo)制(zhi)(zhi)備的(de)硬(ying)質合金(jin)晶(jing)粒尺寸小于(yu)0.5微米,屬超(chao)細(xi)晶(jing)粒范疇(chou),且WC晶(jing)粒大小分(fen)布均勻,WC之(zhi)間均有(you)Co相起粘結作用(yong),搭橋現(xian)象大為減(jian)少(shao),部分(fen)晶(jing)粒棱(leng)角發生了溶(rong)解消除,邊(bian)緣更加圓(yuan)滑,使合金(jin)在應用(yong)時不容易(yi)出現(xian)應力(li)的(de)過(guo)分(fen)集(ji)中(zhong)。這些都(dou)有(you)利于(yu)提高材(cai)料(liao)的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)。而(er)傳統(tong)方法混合粉末(mo)制(zhi)(zhi)備的(de)合金(jin)中(zhong)WC晶(jing)粒存在異(yi)常長大現(xian)象,這必將嚴重(zhong)損害(hai)超(chao)細(xi)硬(ying)質合金(jin)的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)。

  橫(heng)向斷(duan)裂強(qiang)度(du)(du)與硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)檢測證明,以(yi)復合(he)粉末(mo)為原(yuan)料制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)超細晶WC-Co硬(ying)(ying)質合(he)金的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)與硬(ying)(ying)度(du)(du)均(jun)高于傳統混合(he)粉末(mo)制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料。特別是(shi)復合(he)粉末(mo)制(zhi)備(bei)試樣的(de)(de)(de)(de)橫(heng)向斷(duan)裂強(qiang)度(du)(du)達(da)到4304N/mm2,遠高于混合(he)粉末(mo)制(zhi)備(bei)試樣的(de)(de)(de)(de)橫(heng)向斷(duan)裂強(qiang)度(du)(du)(3200N/mm2);復合(he)粉末(mo)制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)試樣硬(ying)(ying)度(du)(du)為93.1HRA,也優于混合(he)粉末(mo)制(zhi)備(bei)試樣的(de)(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)(91.5HRA)。分(fen)析認(ren)為這(zhe)與復合(he)粉末(mo)的(de)(de)(de)(de)WC晶粒度(du)(du)細小(xiao),平均(jun)晶粒尺寸在50納(na)米以(yi)下且分(fen)布均(jun)勻(yun),復合(he)粉末(mo)中組元分(fen)布較均(jun)勻(yun),W、C、Co三種組元分(fen)布達(da)到分(fen)子級均(jun)勻(yun)等有關。

  他們的(de)試(shi)驗(yan)還發(fa)現,以復合(he)粉末(mo)(mo)為原(yuan)料制(zhi)備(bei)的(de)超(chao)(chao)細晶(jing)WC-Co硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金的(de)與傳(chuan)(chuan)統(tong)方(fang)法(fa)制(zhi)備(bei)的(de)材料在矯(jiao)(jiao)(jiao)頑磁(ci)(ci)力值上具(ju)有(you)明顯差別。根據(ju)分(fen)析,合(he)金中(zhong)Co含量(liang)相同(tong)時,隨著(zhu)WC晶(jing)粒(li)度的(de)減小,Co相分(fen)散度增(zeng)加(jia),其平均(jun)自由程減小,矯(jiao)(jiao)(jiao)頑磁(ci)(ci)力會增(zeng)大。復合(he)粉末(mo)(mo)制(zhi)備(bei)試(shi)樣(yang)矯(jiao)(jiao)(jiao)頑磁(ci)(ci)力為34kA/m,傳(chuan)(chuan)統(tong)方(fang)法(fa)制(zhi)備(bei)的(de)試(shi)樣(yang)為26.7kA/m。由此(ci)也可證(zheng)明以復合(he)粉末(mo)(mo)為原(yuan)料制(zhi)備(bei)的(de)超(chao)(chao)細晶(jing)WC-Co硬(ying)質(zhi)(zhi)合(he)金中(zhong)WC晶(jing)粒(li)度比傳(chuan)(chuan)統(tong)混合(he)粉末(mo)(mo)制(zhi)備(bei)的(de)試(shi)樣(yang)晶(jing)粒(li)度小。