含Cr硬质合金C量的控制方法

含Cr硬质合金C量的控制方法
刘小胡;吴翔;刘志;闵召宇
【摘要】研究采用不同碳量WC和不同的Cr加入方式进行对比实验,寻找解决含
Cr硬质合金容易出现渗碳,使合金抗弯强度降低的问题,指导含Cr硬质合金的生产
实践.
【期刊名称】《湖南有色金属》
【年(卷),期】2013(029)002
【总页数】3页(P55-57)
【关键词】硬质合金;铬;碳量
【作者】刘小胡;吴翔;刘志;闵召宇
【作者单位】自贡硬质合金有限责任公司,四川自贡643011
【正文语种】中文
【中图分类】TG144
Cr元素因其独特的耐电化学腐蚀性、抗氧化性、抑制晶粒长大等优异性能而广泛
应用于耐磨硬质合金产品中，国内外硬质合金企业在热镦模、级进模、耐腐蚀零件等产品中均加入0.5%～1.5%的Cr元素以提高产品的使用性能。

目前Cr元素常以Cr3C2的形式加入硬质合金混合料中，但在WC原料、烧结制
度等条件一致的前提下，加入Cr3C2会使硬质合金极易出现渗碳现象。

铃木寿［1，2］对添加Cr3C2的硬质合金的性能进行了比较详细的研究，在WC－1.5%Co低钴合金中，Cr3C2添加量小于2%时，Cr在γ相中的固溶极限与碳含量无关，极
细M7C3以均匀的晶体形式析出，对合金强度和硬度的影响不大。

李海艳等［3］在WC－6.5%Co中加入0.5%～2.0%的Cr3C2，合金中均出现渗碳缺陷。

本文在前人研究基础上通过对含Cr硬质合金的实验对比，探讨含Cr硬质合金的C量控
制方法。

1.1 实验方案
WC原料技术条件见表1。

其中Cr3C2粒度1.35μm，含碳量13.13%；Cr粉经过筛后，粒度小于45μm，
纯度≥99%；钴粉粒度1.46μm。

各编号试样制备方案如表2所示。

1.2 试样制备
按设计方案配备1 kg原料，球磨介质采用己烷，成型剂为石蜡，加入少量表面活性剂，球料比按3～4∶1进行球磨，完成球磨后卸料并干燥过筛，压制检测试样，检测试样尺寸：20 mm×6.5 mm×5.25 mm。

采用真空脱蜡或氢气脱蜡烧结，烧结温度1 420～1 450℃，保温时间90 min。

检测样品磁力、硬度、密度、钴磁、抗弯强度、金相等性能。

2.1 实验结果
试验所得各编号合金物理性能和金相结果如表3、表4所示。

实验过程中，YN－1、YN－2、YN－6采用真空脱蜡烧结，所得合金中均出现了
C06或C02的渗碳缺陷，导致抗弯强度均低于2 000 MPa；YG－1、YG－3方案使用氢气脱蜡工艺，也出现了C06或C02的渗碳现象，因渗碳缺陷尺寸小，并经过压力烧结，抗弯强度在2 500～3 000 MPa之间；YN－5（6.11%C）与YG－2（6.14%C）正常合金抗弯强度最高，达到3 000 MPa以上。

实验中以Ni作粘结剂的YN－1～YN－6合金磁力和钴磁均为0，且不受合金渗碳影响，可制备无磁合金。

YG－1～YG－3金相照片如图1所示。

2.2 结果分析
Cr3C2晶体结构为斜方体［4］，该结构不能稳定存在于硬质合金中，其中Cr、C 主要固溶于γ相中［5］，因而提高了γ相中的C含量，这直接影响γ相中的W、C固溶平衡，合金在烧结冷却时易析出C产生渗碳现象。

某含铬硬质合金产品XRD检测如图2所示（测量参数：电压／电流：40 kV／40 mA；扫描速度：8.000 DEG／min；波长：1.540 6；取样宽度：0.020 DEG），其X射线衍射只存在WC和面心立方Co相的衍射峰，并无其它含铬相，且只有
面心立方结构的Co相能溶解Cr、W、C等原子，所以对于加Cr3C2的含Cr硬质合金，理想状态下Cr只能固溶于粘结相中。

因Cr3C2中的化合碳无法在脱蜡过程中除去，所以Cr3C2带入的C会影响合金的C量。

在硬质合金中加入Cr3C2，对硬质合金中C量的增量＝Cr3C2中含碳量／（WC含量＋Cr3C2中含碳量），则根据不同脱蜡方式，WC原始碳量需比一般
合金的WC碳量低，避免合金中出现渗碳而影响合金性能。

实验各试样因加入
Cr3C2后所引起的碳量修正见表5（Cr加量见表2）。

根据生产经验，烧结WC－20%Co（Ni）合金，采用真空脱蜡烧结需采用总碳
6.04%左右的原料，采用氢气脱蜡烧结可采用总碳6.16%左右的原料。

故经修正C量后，可以得出YN－4（6.16%C）、YN－5（6.11%C）、YG－2（6.14%C）采用脱蜡效果良好的氢气脱蜡烧结，YN－3（6.04%C）采用脱蜡效
果一般的真空脱蜡烧结工艺，修正后的C量和脱蜡工艺匹配，合金均无渗碳现象，其它五组方案因为修正C量过高或与脱蜡方式不匹配，最终合金中均出现渗碳现象。

的含Cr硬质合金。

2.以Ni作粘结剂的含Cr硬质合金，可稳定制备无磁合金，且不受合金渗碳缺陷的影响。

1.在含Cr硬质合金中加入Cr3C2时，需要计算其引起的增碳量，换算为WC的C
量进行修正后，再选择适当的脱蜡方式，才能稳定制备出无渗碳缺陷
［1］铃木寿.硬质合金与烧结硬质材料基础与应用［M］.东京：丸善株式会社，1986.267－273.
［2］铃木寿.WC－Cr3C2－15%Co硬质合金的组织及其机械性能［J］.粉体和粉末冶金，1984，31（2）：56－59.
［3］李海艳，刘宁，王丽利.Cr3C2对WC－6.5%Co硬质合金组织和性能的影响［J］.热处理，2010，25（2）：31－34.
［4］赵继贤，张兴华.硬质合金手册［M］.株洲：中国钨业协会硬质合金分会，2009.1.
［5］刘寿荣，周金亭，马岚.TaC、Cr3C2对WC－Co硬质合金组织和性能的影响［J］.硬质合金，1997，14（1）：22－27.。