含Cr_3C_2超细晶WC_Co硬质合金烧结过程中微观组织结构的演变

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Cr_(3)C_(2)添加量对WC-6%Co超细晶硬质合金微结构及力学性能的影响

Cr_(3)C_(2)添加量对WC-6%Co超细晶硬质合金微结构及力学性能的影响肖雷;尹超;阳立庚;蒋甘澍;饶承毅【期刊名称】《硬质合金》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】本文采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和性能检测等研究了Cr_(3)C_(2)添加量对WC-6%Co-(0~1.0%)Cr_(3)C_(2)超细晶硬质合金WC粒度、WC形貌及力学性能的影响。

结果表明:WC平均晶粒尺寸随Cr_(3)C_(2)添加量的增加先快速后缓慢减小;添加0.25%Cr_(3)C_(2)后,诱发WC晶粒各向异向生长,WC 晶粒形貌呈准三棱柱状,随Cr_(3)C_(2)添加量的增加,WC晶粒形貌更规则,最终变成三棱柱状;随Cr_(3)C_(2)添加量的增加,WC-6%CoCr_(3)C_(2)超细晶硬质合金的硬度先快速后缓慢增加,而断裂韧性逐渐降低,抗弯强度先增加后缓慢降低;当添加0.6%Cr_(3)C_(2)时,WC-6%Co硬质合金的综合性能最优,其维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为18.42 GPa、3450 MPa和9.32 MPa·m1/2。

【总页数】9页(P28-36)【作者】肖雷;尹超;阳立庚;蒋甘澍;饶承毅【作者单位】硬质合金国家重点实验室;株洲硬质合金集团有限公司【正文语种】中文【中图分类】TG1【相关文献】1.Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂比例对WC-10%Co超细晶硬质合金微观结构和力学性能的影响2.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3.复合添加Cr_(3)C_(2)/VC/TaC的WC-12%Co超细晶硬质合金的组织和性能研究4.含添加剂Cr_(3)C_(2)/VC超粗晶WC-Co硬质合金的疲劳行为及失效机理5.VC/Cr_(3)C_(2)抑制剂对超细WC-Co硬质合金微观结构及铣削性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

WC-Co超细硬质合金微观结构对其性能的影响

积分数；d— ——WC 的晶粒度。
Garland 认为，断裂出现在 WC 晶粒内部和
WC-Co 边界及Co 相内部。因此，减小 WC 晶粒尺寸
将增大碳化物相的接触数量，而以分布高度均匀的
钴相作粘结相，可以提高合金的强度。 Garland 理论
能够很好地解释 Co 含量一定时，合金强度随 WC
硬质合金代表性的强度理论有 Garland 理论 [9]
Kpeйmep 理论[10]以及铃木寿[11]理论。
1.1 Garland 理论
Garland 从弥散体系的强度理论出发，推导出硬
质合金强度公式：
3
σ2=K·fWC 2 d
(1)
其中：σ— ——屈服强度；K— ——常数；fWC— ——WC 相体
d=λ(1-C) fWC =λ(1-C)/k
(5)
1-fWC
硬度（HV30）强度 /(N/mm2)
Co 的质量分数%
Co 的质量分数%
图 1 晶粒度、Co 含量与硬度、强度的关系[8]
·190·
硬质合金
第 26 卷
其中 C 为 WC/WC 邻接度，fWC 为 WC 的体积分
数。如果体积分数是固定的，那么体积分数相关的
模量；fCo— ——Co 的体积分数；C— ——裂纹长度。
Kpeйmep 还指出，合金断裂强度与 WC 晶粒间
的钴层厚度，即 Co 粘结相平均晶粒自由程成反比，
但是，Kpeйmep 强度理论没有考虑晶粒度对强度的
影响。
1.3 铃木寿理论
日本的铃木寿、林宏尔等人曾对硬质合金的断
裂进行系统的研究，并指出硬质合金的断裂起源于

超细晶WC-10Co硬质合金制备的主要影响因素

超细晶WC-10Co硬质合金制备的主要影响因素张贺佳;陈礼清;王文广;孙静;王全兆【摘要】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+TaC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TaC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。

%By using scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM) and measuring mechanical behaviors, microstructures of WC and Co powders with different initial particle sizes are investigated after different times of ball milling. The ball milled composite powders with different percentage of grain growth inhibitorsare vacuum hot-pressed and sintered to prepare ultra-fine grained cemented carbides and the microstructure and mechanical properties of the as-prepared cemented carbide are studied to reveal the effect of grain growth inhibitors of different proportions. The results show that the ultra-fine raw powder material has a good effect after a short time of ball milling; the grain refining effect in cemented carbide by adding VC+Cr3C2 orVC+TaC is better than that of the sole adding of VC; the WC particles has a near round shape and the bending strength of the cemented carbide canbe improved by adding Cr 3C2; the WC particles take shapes of triangle or quadrilateral after adding Tac which can improve the hardness of cemented carbide.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】6页(P47-52)【关键词】超细晶硬质合金;WC-10Co;晶粒抑制剂;微观结构;力学性能【作者】张贺佳;陈礼清;王文广;孙静;王全兆【作者单位】东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819;中国科学院金属研究所，沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】TF125.3;TG146.40 引言硬质合金以其优异的综合性能被广泛应用于刀具、钻头、模具等领域.在刀具领域中，硬质合金正逐渐取代高速钢，成为高速切削的主要材料，这主要源于其具有高硬度和耐磨损性能，同时还具有较好的抗弯强度和韧性[1-2].随着科学技术的进步和装备制造业的发展，普通硬质合金已经很难满足现代工业产品加工的需要，如钛合金高速切削刀具、印制电路板加工用微型钻(PCB微钻)等，这些对硬质合金的性能都提出了更高的要求，不仅要求高硬度和耐磨损性，还要具有更优良的韧性和强度[3-5].超细晶和纳米晶硬质合金的出现，则能很好地满足上述要求.目前，超细晶及纳米晶硬质合金已成为国外各主要硬质合金生产厂家竞相研制的热点.然而，国内能够生产超细晶硬质合金的厂家非常少，尤其是粒度在0.5 μm以下的超细晶硬质合金只有极个别的企业能生产，且与国外高端产品仍存在一定差距.超细晶粒，是指硬质合金中的超细WC晶粒.研究发现，超细WC晶粒由于表面能高，与一般微米级的WC晶粒相比，在烧结过程中更容易在较低温度就开始长大且有较高的硬质合金烧结收缩率[6-9].尽管如此，生产超细晶硬质合金的难点不仅在于如何抑制WC颗粒长大，而且还要尽可能减少烧结前的粉末被氧化.实现硬质合金晶粒细化的方法，主要是采用较细的WC及Co粉和添加晶粒抑制剂，再在优化的工艺下致密化烧结.晶粒抑制剂主要有VC、Cr3C2、TaC、NbC、TiC和各种稀土及稀土氧化物等[10-12]，而需要添加的晶粒抑制剂种类及其含量则是可变的.利用不同配比方案制备的超细晶硬质合金，其性能差异很大，这也成为影响超细晶硬质合金生产的一个主要因素.因此，晶粒抑制剂的合理应用也就成为研发超细晶硬质合金的热点.国外生产超细晶硬质合金的主要厂家有伊斯卡、肯纳、山特维克等，通过对这些厂家生产的超细晶硬质合金产品进行分析研究后发现，其所添加晶粒抑制剂主要集中在VC、Cr3C2、TaC 3种，也就是说，超细晶硬质合金制备的研究重点应该是这3种晶粒抑制剂的配比及制备工艺和性能表征研究.以上述生产超细晶硬质合金的工艺特点为基础，采用原始粒度不同的WC及Co粉，研究了球磨时间对混合后粉末特征 (主要是粒度)的影响；采用 VC、Cr3C2、TaC3 种晶粒抑制剂，研究其不同配比对WC-10Co硬质合金性能及晶粒细化的影响；以便确定原始粉末和球磨时间的选取规则以及晶粒抑制剂的最优配比方案，最终为工业化生产超细晶硬质合金奠定实验基础.1 实验方法实验所用 WC粉、Co粉和晶粒抑制剂 VC、Cr3C2、TaC的具体技术指标如表1所示.表1 原始粉末基本参数名称 WC Co VC Cr3C2 TaC粒径/μm 0.4,1.6 1.0,2.0 1.5 1.0 1.0纯度 /wt% ＞99.8 ＞99.7 ＞99.9 ＞99.9 ＞99.9将原始粉末分为2组，分别为超细颗粒WC粉(0.4 μm)以及 Co 粉(1 μm)组成的混合粉末和较粗颗粒 WC 粉(1.6 μm)以及 Co 粉(2 μm)组成的 WC-10 wt%Co复合粉末.对于这2组混合粉末，首先经相同时间的球磨后，可以获得不同尺度的混合粉末；再以超细颗粒原始粉末为基础，添加不同配比的晶粒抑制剂后球磨24 h，考察烧结后晶粒抑制剂对硬质合金晶粒度及性能的影响，其晶粒抑制剂添加方案如表2所示.表2 各组硬质合金晶粒抑制剂配比/wt%组别 1# 2# 3# 4#VC 0 0.6 0.3 0.3Cr3C2 0 0 0.3 0 TaC 0 0 0 0.3 WC 90 89.4 89.4 89.4 Co 10 10 10 10采用行星高能球磨机进行球磨处理，球磨罐材质为硬质合金，转速为350 r/min，球磨时间分别定为12 h、24 h 和36 h，球料比为10∶1，球磨介质为无水乙醇，成型剂为液体石蜡.采用真空热压烧结方式对含有晶粒抑制剂的混合粉末进行致密化处理，真空度为5×10-1Pa，压力为10 MPa，烧结工艺如图1所示.升温速度和降温速度均为15℃/min，分别在450℃和1 150℃保温0.5 h，在1 380℃保温1 h.图1 硬质合金烧结工艺示意图在KB3000BVRZ-SA万能硬度计上测量烧结后的硬质合金硬度值，在Instron 1343液压伺服万能材料实验机上用三点抗弯方法测试其弯曲强度，采用阿基米德排水法测定了块体的密度.利用ZEISS ULTRA-55场发射扫描电镜进行微观形貌观察.利用场发射透射电子显微镜Tecnai G2F20，观察了硬质合金的内部结构.2 实验结果与讨论2.1 球磨时间对混合粉末微观形貌的影响图2(a)和图2(b)分别为超细WC粉和Co粉球磨前的微观组织形貌.由图2(a)可见，球磨前的WC粉末成大小不等的颗粒状，较大的颗粒尺寸有0.8 μm左右；大小不均的原始WC颗粒会导致烧结后更严重的WC晶粒大小不均，对超细晶硬质合金的力学性能有较大影响.图2(b)显示球磨前的Co粉呈竹节状，在烧结时不利于Co 在硬质合金中均匀分布，也会导致硬质合金整体性能的下降.球磨处理不仅仅是为了细化粉末颗粒，也是为了使粉末混合得更均匀；但是，球磨时间并非越长越好.球磨混合后，在球磨初期，粉末的细化较为明显；当混合粉末细化到临界尺寸后，随球磨时间的延长，粉末细化变得越来越不明显，而且氧含量会越来越高.其原因一方面是酒精会吸附空气的氧和水分，二是粉末越细小，表面能越高，越容易被氧化[13-15].所以制备超细晶硬质合金之所以难以实现，防止粉末氧化也是其中的一个重要因素.氧化后的粉末会严重损害硬质合金的性能[13，16].使用较细的粉末所用球磨时间会明显缩短，粉末氧化也会明显减轻.图2 球磨前WC粉和Co粉形貌的SEM像图3(a)、图3(b)和图3(c)分别为在未添加晶粒抑制剂的情况下超细WC-10Co混合粉末球磨12 h、24 h和36 h后的形貌.由图3可见，当球磨时间为12 h时，混合粉末明显呈细颗粒状，无竹竿状的Co粉(与图1(b)相比)，但仍有大颗粒和团聚现象.由于Co具有良好的塑性和延展性，而WC颗粒是脆而硬的颗粒，在球磨过程中，WC被破碎，然后被Co粉所包裹，形成一个个球状的整体.球磨24 h后，混合粉末颗粒进一步细化和均匀化，粉末粒径约0.1 μm.球磨36 h后，粉末几乎不再进一步细化.对球磨24 h后的混合粉末进行能谱分析，结果显示：粉末中已经含有明显的O元素，如图3(d)所示.硬质合金在烧结过程中的致密化，主要是通过黏结相Co的流动和均匀分布来实现的[17-18].所以，球磨过程中黏结相Co的均匀分布与否在很大程度上影响硬质合金的致密性.考虑到粉末中各成分的均匀性及细化程度，球磨时间以24 h为宜.图3 WC-Co混合粉末球磨后的形貌及能谱分析作为对比组，图4显示了原始颗粒尺寸较大的WC(图 4（a）和 Co(图 4（b）粉末球磨前后的微观形貌.与超细粉末相比，图4(c)和图4(d)分别为未添加晶粒抑制剂情况下较粗颗粒混合粉末球磨12 h和24 h后的形貌.由图4可见，球磨24 h 后混合粉末的粒径仍然较大，约为0.5 μm.显然，利用如此粒径的混合粉末很难制备出晶粒尺寸在0.5 μm以下的硬质合金，需要进一步球磨细化才能实现.如果延长球磨时间，势必引入更多杂质、增加混合粉末中的含氧量和WC的晶格畸变能[19].WC晶格畸变能的增大是与晶体内能升高相关联的，在烧结过程中会直接导致WC晶粒的迅速长大.由此可见，利用原始超细粉末在制备超细晶硬质合金方面有着明显的优势.实验研究也发现添加晶粒抑制剂后对球磨后的粉末的形貌无明显影响，这可能是与晶粒抑制剂含量较少有关.图4 WC(1.6 μm)和Co(2 μm)原始粉末及其球磨不同时间后混合粉末的形貌2.2 晶粒抑制剂对硬质合金晶粒度及物理性能的影响实验研究发现，晶粒抑制剂对硬质合金晶粒有明显的细化作用，且晶粒抑制剂的复合添加效果要明显好于单一添加VC.图5是选用原始超细WC粉（0.4 μm）和 Co 粉（1 μm）末，经添加不同晶粒抑制剂烧结后的形貌.图5(a)～图5(d)分别为1#～4#粉末球磨24 h并经真空热压烧结后的WC-10 Co硬质合金微观形貌.由图5可见，未添加晶粒抑制剂的1#硬质合金出现明显WC晶粒长大现象，如图5(a)箭头所示，且WC颗粒尺寸极不均匀.单一添加0.6 wt%VC的2#硬质合金晶粒状况明显改善，但晶粒大小不均现象仍然较明显，如图5(b)箭头所示.复合添加晶粒抑制剂的3#(0.3 wt%Cr3C2和0.3 wt%VC)和4#(0.3 wt%TaC和0.3 wt%VC)微观形貌相近，晶粒细化效果良好，基体中都只有非常少的晶粒不均现象，明显好于前两组.图5 添加不同晶粒抑制剂并烧结后的硬质合金微观形貌硬质合金中添加不同配比的晶粒抑制剂，不仅对细化WC晶粒的效果不同，而且对硬质合金的力学性能也有不同的影响，表3列出了这几种硬质合金的力学性能测试结果.由表3可以看出，晶粒细化后，硬质合金的抗弯强度和硬度都有明显提高；综合性能最好的是3#和4#硬质合金.添加Cr3C2的3#硬质合金的抗弯强度和密度略高，添加TaC的4#和添加VC的2#硬质合金的硬度较高，但2#硬质合金的抗弯强度较差.由此可见，VC有提高硬度、降低韧性和抗弯强度的作用，而Cr3C2则可以较大幅度地提高抗弯强度，这与文献[17]所报道的研究结果相似.表3 各组硬质合金的力学性能合金编号硬度 /HRA 抗弯强度 /MPa 密度 /（g·cm-3）1# 92.1 2 970 14.39 2# 93.5 3 010 14.45 3# 92.9 3 370 14.50 4# 93.6 3 250 14.48对3#和4#硬质合金内部组织结构进行了TEM观察，其结果分别如图6(a)和图6(b)所示.由图6可见，添加Cr3C2的3#硬质合金中，WC晶粒大多呈多边形状，外形较圆；而添加TaC的4#硬质合金中，WC颗粒呈三角形和四边形状，且棱角较明显，如图6中箭头所示.较圆的WC外形可减小尖角处的应力集中，这可能是3#硬质合金抗弯强度较高的原因.在受力过程中，三角形或四边形外形的WC颗粒不易转动或平移，从而也限制了周围黏结相Co的协调变形，所以其硬度较高，抗弯强度略低.需要指出的是，虽然研究者们普遍认为[20-22]，晶粒抑制剂对晶粒的细化机制主要有以下3种：① 抑制剂在WC晶界偏析抑制WC晶粒的长大；② 降低液相温度，硬质合金可以在较低温度下致密，减小了WC长大的驱动力；③ 通过影响液相烧结时WC/Co的界面能、降低 WC在Co液相中的溶解度、限制W和C原子由液相至固相的迁移速度等化学综合作用来降低WC晶粒长大驱动力.但是，这些机制还缺乏强有力的实验证据支持，这方面仍然还有大量的工作需要开展.图6 硬质合金内部结构的TEM形貌3 结论1）超细晶硬质合金制备过程中，采用超细原始粉末具有明显的优势，所需球磨时间短，WC晶格畸变和氧化程度小.WC-Co混合粉末可以细化到0.1 μm左右，若继续延长球磨时间，细化效果不明显.2）在烧结过程中，晶粒抑制剂可以明显阻碍WC颗粒长大，起到细化晶粒作用，且复合添加晶粒抑制剂的效果明显优于单独添加.Cr3C2的添加有利于提高硬质合金的抗弯强度，TaC的添加对硬度的提升有明显作用.硬质合金晶粒细化后，其硬度和抗弯强度等综合性能均得到明显提高.3）对硬质合金内部结构进行的TEM观察分析表明，添加Cr3C2后WC晶粒呈近似多边形或圆形，而添加TaC后的WC晶粒多呈三角状或四边形状.参考文献：[1]Fang Z G,Eason J W.Study of nanostructured WC-CoComposites[J].International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,1995,13(5)：297-303.[2]Brookes K.Some tribulation on the way to a nano future for hardmetals[J].Metal Powder Report,2005,60(12)：26-28.[3]李壮，王家君，林晨光,等.WC-Co超细硬质合金微观结构对其性能的影响[J].硬质合金,2009,26(3)：188-193.[4]张忠健,汪晓,李仁琼,等.中国硬质合金产业的技术进步[J].硬质合金,2007,24(1)：33-38.[5]陈亚军.超细 WC-Co硬质合金的制备与性能研究[J].硬质合金,2008,25(3)：158-165.[6]Goren-Muginstein G R,Berger S,Rosen A.Sintering study ofnanocrystalline tungsten carbide powder[J].NanostructuredMaterials,1998,10(5)：795-804.[7]Sommer M,Schubert W D,Zobetz E,et al.On the formation of very large WC crystals during sintering of ultrafine WC-Co alloys[J].International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2002,20(1)：41-50.[8]Adorjan A,Schubert W D,Schön A,et al.WC grain growth during the early stages of sintering[J].International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2006,24(5)：365-373.[9]Fang Z,Maheshwari P,Wang X,et al.R Riley.An experimental study of the sintering of nanocrystalline WC-Co powders[J].International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2005,23(4/5/6)：249-257.[10]张伟,蒋勇.在 YT15硬质合金中添加稀土的新工艺[J].稀有金属与硬质合金,1992(4)：4-8.[11]李斌书.稀土添加方法对硬质合金物理力学性能和使用性能的影响[J].硬质合金,1996,13(1)：15-19.[12]刘沙,刘刚,杨贵彬,等.纳米稀土硬质合金原料粉末的制备及研究[J].稀有金属与硬质合金,2004(1)：22-25.[13]颜杰,唐楷,黄新,等.硬质合金生产中的增氧反应及其影响[J].硬质合金,2006,23(4)：218-221.[14]颜杰,邵旭,唐楷,等.WC/Co类硬质合金粉末在烧结工艺前的增氧途径[J].粉末冶金工业,2011,21(1)：33-39.[15]唐楷,颜杰,黄新,等.硬质合金制备中增氧脏化反应的研究[J].材料研究与应用,2009,3(2)：127-130.[16]邹洪伟,叶金文,刘颖,等.原料粉末碳、氧含量对无粘结相硬质合金性能的影响[J].功能材料,2010,41(1)：90-93.[17]Gille G,Szesny B,Dreyer K,et al.Submicron and ultrafine grained hardmetals for microdrills and metal cutting inserts[J].International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2002,20(1)：3-22.[18]da Silvaa A G P,Schubertb W D,Lux B.The role of the binder phase in the WC-Co sintering[J].Materials Research,2001,4(2)：59-62.[19]覃群,王天国,张云宋.超细WC-Co硬质合金复合粉末的研究进展[J].硬质合金,2010,27(5)：311-315.[20]张立,吴冲浒,陈述,等.晶粒生长抑制剂在硬质合金中的微观行为[J].粉末冶金材料科学与工程,2010,15(6)：667-673.[21]ZhaoSX,SongXY,ZhangJX,etal.Effectsofscalecombinationand contact condition of raw powders on SPS sintered near-nanocrystalline WC-Co alloy[J].Materials Science and Engineering A,2008,473(1/2)：323-329. [22]Wang X,Fang Z Z,Hong Y S.Grain growth during the early stage of sintering of nano-sized WC-Co powder[J].International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2008,26(3)：232-241.。

超细WC-Co硬质合金的制备与性能研究

万方数据
第２５卷
陈亚军：超细Ｗ㈨硬质台金的耐鲁与性能研究
·１６３·
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保温时问／缸ｎ
保温时问，ｍｉＩｌ
ａ）１１００℃烧结
ｂ）１３００℃烧结
图１４在不同烧结温度下，硬度与保温时间的关系曲线
烧结温度戌
（烧结保温时间均为３ｍｉｒＩ）图１５硬度与烧结温度的关系曲线
２结果分析与讨论
２．１粒度分析图１、图２分别为原料ＷＣ、Ｃｏ的ＳＥＭ图，从图
中可知球磨前ＷＣ和Ｃｏ粉的原始尺寸约为１～２ ¨ｍ，图３是ｗＣ原料的ＸＲＤ谱，其中（１００）和（１０１）是最强峰。图４是ＷＣ—Ｃｏ混合粉经过Ｏ、３０、６０、９０ｈ球磨后（１０１）晶面衍射峰的峰形变化。从ｘＲＤ谱线可知，当球磨时间超过３０ｈ后，衍射峰的峰形由原
４７
４８
４９
５０
２０，（。）
图４球磨０、３０、６０、９０ｈ的ＷＣ—Ｃｏ粉末的ＸＲＤ谱
昌ｕ，协嘭爨咯
加∞∞∞∞加竹０
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３０
６０
９０
球磨时间／ｌｌ
图５球磨时间与粒子平均尺寸及衍射峰宽化度的关系曲线
ａ１
３０ｈ
ｂ）６０ｈ图６ＷＣ—Ｃｏ混合粉末粒子的ＴＥＭ照片
过３０ｈ后获得了粒度为ｌｏｏ姗以下的ＷＣ—Ｃｏ纳米粉末。脉冲电流烧结后获得超细
ＷＣ－Ｃｏ硬质合金，与传统的ＷＣ．Ｃｏ硬质合金相比，超细ＷＣ—Ｃｏ硬质合金具有更高的硬度（ＨＲＡ９２．５—９４）和耐磨性。另外通过实验获得了最佳的烧结工艺参数。关键词球磨；ＷＣ—Ｃｏ纳米粉末；粒度；烧结；性能

Co含量与烧结温度对纳米晶WC-Co硬质合金结构与性能的影响

Co含量与烧结温度对纳米晶WC-Co硬质合金结构与性能的影响吴冲浒;谢海唯;郑爱钦;肖满斗【摘要】WC晶粒并合生长与WC原料特性以及合金中的Co含量密切相关。

以比表面平均径为70n／n的WC粉末为原料，采用VC＋Cr3C2作为晶粒生长抑制剂，探讨c0含量与烧结温度对WC-Co合金结构与性能的影响。

结果表明，Co 含量增加能降低纳米晶WC晶粒的邻接度，进而有效抑制烧结过程中WC晶粒的并合长大。

在1330℃下加压（0．9MPa）烧结制备WC一15Co．0．7Cr3C2—0．6VC合金，WC平均晶粒尺寸为160nln，合金硬度为93．6HRA，抗弯强度为4160MPa（C型样品），Palmqvist断裂韧性蜀c为10．1MPa·m0.5。

热分析结果表明，合金液相出现温度在1322～l345℃之间，没有出现液相温度的纳米尺寸效应。

【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2013(018)002【总页数】6页(P309-314)【关键词】纳米晶WC—Co硬质合金;Co含量;烧结温度;WC晶粒并合生长【作者】吴冲浒;谢海唯;郑爱钦;肖满斗【作者单位】国家钨材料工程技术研究中心,厦门钨业股份有限公司技术中心,厦门361009;;;;【正文语种】中文【中图分类】TG115.25超细晶硬质合金具有高强度、高硬度和良好的耐磨性，广泛应用于高温材料加工、成型模具和耐磨零件等[1]。

对某些应用领域，如塑料和印刷电路板等复合材料的切削加工，人们日益期待用纳米晶硬质合金进一步提高切削工具的综合性能。

因此，纳米晶WC-Co硬质合金倍受各国研究者及生产厂家关注。

由于晶粒尺寸≤100nm的硬质合金制备难度巨大，在硬质合金领域，通常将晶粒尺寸≤200 nm的硬质合金定义为纳米级硬质合金[2]。

在纳米晶硬质合金的制备过程中，采用高质量纳米原料粉末是非常关键的环节。

由于纳米原料粉末具有非常大的表面能，在传统液相烧结过程中WC晶粒将迅速长大，因此许多学者研究了纳米硬质合金的微波烧结、快速热压烧结、放电等离子烧结(SPS)[3−6]等烧结技术，目的是加快烧结速率，缩短烧结时间，降低烧结温度，以控制WC晶粒长大，但都仅限于实验室研究，工业化生产尚无先例。

WC_Co硬质合金的显微结构参数

金的结构特征; 合金的比矫顽磁力 H SC与 C 相平均自由程 K 间存在定量关系: H SC= 41 05@ 10- 7PK。讨论了用磁性和密度测定值无损鉴定两相 WC- Co 硬质合金显微结构参数的可行性。
关键词: WC-Co 硬质合金; 显微结构参数 ; 比矫顽磁力 H SC
中图分类号: T B303; TF1251 3
01 761 01 730 01 517
WC-10Co 01 16 01163 01 70 01 651 01 136 0159 01609 01 33 01 329
11 460
190
WC-15Co 01 23 01226 11 10 11 02
01 333 0150 01527 01 67 01 653
第 26卷第1期 20 05 年 2月
材料热处理学报
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
Vol . 2 6 No . 1 February 2 00 5
WC- Co 硬质合金的显微结构参数
刘寿荣
( 天津硬质合金研究所, 天津 300222)
摘要: 通过 X 射线衍射分析( XRD) , 扫描电镜( SEM ) 体视学测量和磁性与密度测试, 并依据碳化钨
便设法将式( 1) 中的 CWC 对性能的影响与其他参量分
开是人们特别关注的研究课题。
1 实验方法
按正常粉末冶金工艺经液相烧结制备不同 C相含量和 WC 平均晶粒尺寸的 WC- Co 硬质合金试样。
收稿日期: 2004-05-27; 修订日期: 2004-07- 28 作者简介: 刘寿荣( 1939 ) ) , 男, 天津硬质合金研究所正高级工程师, 从事难熔金属和硬质合金材料科学研究, 已发表论文 80 篇, 电话: 022- 28127520, E-mail: lyb- 123@ yahoo. com. cn

WC-Co硬质合金微观结构的参数化模型

WC-Co硬质合金微观结构的参数化模型王东;赵军;李安海;王泽明【摘要】为实现WC-Co硬质合金的性能预报和微观结构的优化,提出了一种基于“随机法”构建材料二维微观结构模型的方法,该模型包含WC-Co硬质合金微观结构中WC晶粒的平均粒径、形心位置、取向角、长径和短径尺寸以及Co相体积分数等基本参数.采用C++,Matlab和Python语言汇合编程,得到可以直接导人有限元分析软件的模型.结果表明:构建的模型反映了真实的微观结构特征,实现了微观结构的参数化建模.模型的设计参数与实际参数比较吻合,证明了建模方法的可行性和模型的可靠性.%In order to realize the property prediction and microstructure optimization of WC-Co cemented carbides, a model based on "random method", which referred to the construction of two-dimensional microstructure model, was established. Some basic parameters of the microstructure of WC-Co, including average grain diameter, major axis and minor axis, centroid, orientation angle and the Co volume fraction, were considered in the model. C+ + , Matlab, Python are mixed for programming. The model can be obtained in the mixed program, which can be directly applied in the finite element software. The results show that the actual microstructure characteristics of material can be reconstructed, and the parametric model of microstructure is realized. The design parameters agree well with the actual ones, the feasibility of the method and the reliability of the model are proved.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】5页(P68-72)【关键词】WC-Co硬质合金;微观结构;随机法;参数化模型【作者】王东;赵军;李安海;王泽明【作者单位】山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061;山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061;山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061;山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061【正文语种】中文【中图分类】TG135.5随着计算数学、统计力学和计算机技术的迅猛发展，利用数值计算和计算机仿真，通过各种算法设计实现材料的微观结构参数化，对现阶段材料的性能预报和微观结构优化有着重要的现实意义［1－5］。

WC-Co硬质合金低压烧结工艺的探索

WC-Co硬质合金低压烧结工艺的探索作者：鲍立强张少华来源：《中国科技博览》2013年第31期[摘要]随着科技的不断进步，人们对工具材料要求越来越高，WC-Co硬质合金逐步吸引大家的目光，伴随着纳米复合技术及相关材料的发展又给硬质合金新鲜的活力，使硬质合金在根本上实现“双高”，即高强度高硬度。

由于烧结技术的的限制，到现在为止世界上还没有哪一个公司能够出产硬质合金晶粒度小于200-500纳米的，主要是受限于烧结技术，所以各国的科研者都在往晶体生长抑制剂，纳米粉末制备，烧结技术三个方面研究。

[关键词]烧结技术硬质合金晶体生长抑制剂中图分类号：V1 文献标识码：V 文章编号：1009―914X（2013）31―0609―011硬质合金的性能及应用以一些熔点高的金属化合物为主要原料以铁族元素作为粘结剂在冶炼技术上使用粉末冶金而创造的一种硬质材料就是硬质合金。

在现代的一些工艺产品，化工产品和建筑等方面都非常看好硬质合金。

在耐高温、耐腐蚀材料、工具材料和耐磨材料中拥有非常重要的地位。

这些金属化合物熔点高，主要是化学元素中的一些过渡元素。

包括硅化物和氮化物和碳化物和硼化物。

它们在一般情况下都不会和金属粘结剂起反应，这主要是因为这些化合物硬度高，熔点高，化学性能稳定而且其本身结构的物理性也非常好。

在现代的耐高温、耐腐蚀材料、工具材料和耐磨材料中拥有非常重要的地位。

硬质合金具有的基本待点有：硬质合金还有较高的弹性模量；硬质合金抗压强度相当高；硬质合金同时也具有相当稳定的化学性质；硬质合金抗冲击、韧性、热膨胀系数很低；硬质合金的导热系数、导电系数和铁及其合金差不多。

超细晶粒的WC硬质合金一般被用于制作木工工具、牙钻和难加工材料刀具、点阵打印计、印刷电路板用微型钻头、精密模具整体孔和加工刀具等。

2 WC-Co硬质合金烧结过程和机理2.1硬质合金的烧结过程烧结是生产致密材料非常重要的一个步骤，烧结可以使硬质合金材料具有既定的结构和稳定的性质，起到一个塑造的作用。

超细WC-Co硬质合金的微波烧结研究

Ｋｅｒｓ：ｔａｆｎｅｎｔｄｃｒｉ；ｉｒｗａｅｓｎｔｒｎｇ；ｒｃｓｐｏｐｒｉｓｙｗｏｄｕｌｒ —ｉｅｃｍｅｅａｂｄｅｍｃｏｖｉｅｉｐｏｅｓ；ｒｅｔｅ
硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（Ｃ、Ｗ
日益增长，特别是加工集成电路板用的微型钻头由
Ｔｉ）末为主要成分，Ｃ粉以铁族金属（ｏＦ、等）Ｃ、ｅＮｉ为粘结剂烧结而成。由于硬质合金具有硬度高、强
度和韧性较好、耐热、磨、腐蚀等一系列优良性耐耐
Ａｂｓｒｃ：ｅｉｌｅｃｆｍｉｒｗａｅｓｎｔｒｎｏｅｓｏｎｔｏｒｉｓｏＣ— ｔａｃ — ｔａｔＴｈｎｆｕｎｅｏｃｏｖｉｅｉｇｐｒｃｓ，ｈｅｐｒｐｅｔｅｆＷＣｏｕｌｒ — ｅ
ｍｅｔｄｃｒｉｅｃｕｄｒａｈ１．７ｇｃａｄ９．ｎｅａｂｄｏｌｅｃ４２／ｍ。ｎ４０ＨＲＡｒｓｅｔｖｌｉｔｒｎｔ１３０Ｃａｄｅｐｃｉｅｙｓｎｅｉｇａ０￣ｎ
１３０ｓａｅｎ，ｅＷＣｇａｎｓｎｔｇｏｄｕｂｉｕｌｎｔｅｓｎｅｉｇｐｏｅｓ５ ℃ ｏｋｄ０ｍｉＴｈｒｉｓｗａｏｒｗｅｐｏｖｏｓｙｉｈｉｔｒｎｒｃｓ，
更短，１３０的烧结温度下瞬时保温（ｉ）密度就可达到１．７ｇｃ，且在烧结温度在０℃ ０ｒｎ，ａ４２／ｍ。而

亚微米-纳米晶粒wc-co硬质合金烧结与组织

亚微米-纳米晶粒wc-co硬质合金烧结与组织硬质合金是一种由硬质颗粒和多孔金属中相互作用、形成的复合材料。

其中，硬质颗粒的种类和组成主要决定了硬质合金的力学性质。

由此衍生出多种硬质合金类别，如WC-Co硬质合金，是由碳化钨颗粒和钴金属矿物相互作用制成。

WC-Co硬质合金因其高硬度、耐磨性和高耐腐蚀性被广泛应用于工业生产领域。

下文将主要介绍亚微米-纳米晶粒WC-Co 硬质合金的烧结制备及其组织结构特征。

烧结是制备硬质合金的重要工艺环节，主要包括干燥、预压和高温烧结等步骤。

在实验中，采用较为先进的热压烧结技术制备出了亚微米-纳米晶粒WC-Co硬质合金。

其中，采用硬质颗粒掺杂的方法制备出颗粒直径在100-300 nm之间，共分为4种大小：A类为约110 nm，B类为121 nm，C类为167 nm，D类为223 nm。

掺杂后的硬质颗粒具有较高的稳定性和分散能力，有助于成品硬质合金的物理性质提升。

通过烧结工艺，将WC-Co硬质颗粒泥浆注入模具中，并将模具送入高温烧结炉内进行烧结。

烧结时，由于炉内气氛的变化，使得Carbo-thermal Reduction反应发生，即在高温下，Co金属与粉末间的碳化反应生成更具高硬度、较小的碳化物WC，同时也产生少量的W2C和W。

在亚微米-纳米晶粒WC-Co硬质合金中，我们可以看到颗粒内部结构呈现出粗细不同的碳化物晶粒，与此同时，Co金属以颗粒间的唇形区域形成段状结构，从而增强了整个合金的强度和耐磨性。

通过电子显微镜的观测可以发现，这些薄片状段结构Co金属和Apicesx2的相互作用是构成高硬度和高抗磨损性的关键因素。

溶液将其只提取出其中的硬质颗粒晶粒，可以看到颗粒均匀大小，无明显的表面疤痕或缺陷缺陷。

综上所述，亚微米-纳米晶粒WC-Co硬质合金是一种优异的复合材料，其制备技术和组织结构特征对其物理力学性质起到至关重要的作用。

随着科技的发展，我们相信在应用领域上还将有更多硬质合金材料被制备出来，而随着今后的研究，硬质合金制备工艺也将不断优化，其应用领域也将越来越广泛。

wc-co硬质合金热处理强化机理作用的研究

wc-co硬质合金热处理强化机理作用的研究WC-Co硬质合金是一种广泛应用于切削加工、磨料加工和矿山工具等领域的重要工程材料。

钨碳化物（WC）是该材料的主要相，与钴（Co）形成共晶合金组织。

为了提高WC-Co硬质合金的性能，通常采用热处理强化的方法。

本文旨在介绍WC-Co硬质合金热处理强化机理作用的研究。

热处理强化是通过改变材料的微观结构和化学成分来实现的，从而提高材料的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。

WC-Co硬质合金的热处理强化主要是通过以下机理作用来实现的。

第一，热处理可以改变WC颗粒的形态和尺寸分布，从而影响WC颗粒的分散程度和强度。

研究表明，通过控制热处理温度和时间，可以得到不同尺寸和形态的WC颗粒。

当WC颗粒分散均匀、尺寸适中时，提高了WC-Co硬质合金的硬度和强度。

第二，热处理过程中，WC和Co之间的化学反应会发生。

当热处理温度高于900℃时，WC开始发生碳化反应，即碳原子从Co中扩散到WC颗粒表面，形成更加致密的碳化物膜层，并改善了WC颗粒与Co的结合。

这种化学反应还能够防止WC颗粒在切削或磨耗过程中从基体中脱落。

第三，热处理可以改变Co的晶粒大小和分布，从而影响Co的塑性和变形能力。

当热处理温度高于900℃时，Co开始晶化，晶粒的尺寸和分布取决于热处理温度和时间。

较小的Co晶粒有助于提高WC-Co硬质合金的强度和韧性。

总之，WC-Co硬质合金的热处理强化机理作用主要是通过调整WC颗粒尺寸和形态、改善WC颗粒与Co的结合、防止颗粒脱落以及改变Co晶粒大小和分布等方面实现的。

未来研究应更多关注热处理条件的优化、热处理和机械加工等工艺相结合的新技术开发，提高WC-Co硬质合金的性能和成本效益。

超细晶WC-10Co硬质合金的制备与性能研究的开题报告

超细晶WC-10Co硬质合金的制备与性能研究的开题报告题目：超细晶WC-10Co硬质合金的制备与性能研究（The Preparation and Performance Study of Ultrafine WC-10Co Cemented Carbide）一、研究背景：硬质合金是一种具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性的材料，广泛应用于工具刀具、矿山机械、汽车和航空等领域。

硬质合金的性能主要由WC硬质相和Co粘结相的组成、微观结构及其相互作用所决定。

近年来，随着粉末冶金理论的发展和制备技术的进步，超细晶硬质合金作为一种新型材料受到了广泛的关注。

超细晶WC-10Co硬质合金具有更高的硬度、更好的耐磨性和更高的韧性。

因此，超细晶WC-10Co合金制备与性能研究具有重要的意义。

二、研究内容：1. 硬质合金粉末的制备：采用高能球磨法制备WC和Co粉末。

2. 硬质合金的成型：采用压制和注射成型等方法制备硬质合金坯体。

3. 硬质合金的烧结：采用真空热压烧结等方法制备硬质合金。

4. 硬质合金的性能测试：测定硬质合金的硬度、强度、韧性和抗磨性等性能。

5. 硬质合金的微观结构分析：采用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等方法对超细晶WC-10Co硬质合金的微观结构进行分析。

三、研究意义：1. 可以为超细晶硬质合金的制备提供新的思路和方法。

2. 可以为硬质合金的改性设计提供理论依据和实验数据。

3. 可以为优化硬质合金的性能和应用推广提供技术支持。

四、研究难点：1. 硬质合金的制备：超细晶WC-10Co硬质合金制备过程中，WC颗粒的晶粒尺寸控制难度较大，同时WC颗粒与Co粘结剂的比例、球磨时间、球磨介质等因素对合金性能的影响需要进一步研究。

2. 硬质合金的成型：硬质合金的成型对其性能具有重要影响。

如何实现合金粉末的均匀压制和注射成型，保证成型质量和机械性能，是当前硬质合金研究的难点之一。

3. 硬质合金的性能测试和微观结构分析：硬质合金的性能测试和微观结构分析需要使用多种精密测试和分析仪器，如压痕仪、万能材料试验机、电子显微镜等。

3种特殊微结构WC-Co硬质合金的研究进展

3种特殊微结构WC-Co硬质合金的研究进展
雷纯鹏;赵勇军;刘刚;唐建成
【期刊名称】《粉末冶金工业》
【年(卷),期】2014(24)5
【摘要】研发WC-Co硬质合金新型的粉末制备方法和烧结技术以开发综合性能优良的硬质合金材料受到了广泛的重视,但关于粉末形貌结构对材料性能的影响还缺乏深入的研究。

本文综述了粉末的形貌结构与3种特殊微结构硬质合金,超细/纳米结构硬质合金、中/粗晶粒硬质合金、板晶硬质合金的应用研究进展。

【总页数】6页(P48-53)
【关键词】W/WC粉;形貌结构;微观组织;硬质合金
【作者】雷纯鹏;赵勇军;刘刚;唐建成
【作者单位】南昌大学材料科学与工程学院;南昌硬质合金有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TF125.3
【相关文献】
1.无损鉴定WC-Co硬质合金显微结构参数的物理基础 [J], 刘寿荣
2.WC-Co硬质合金的性能与成分和显微结构的关系 [J], 刘寿荣
3.WC-Co硬质合金磨损性能研究进展 [J], 曹瑞军;林晨光;马旭东
4.气氛烧结法制备WC-Co梯度硬质合金的研究进展 [J], 孙卫权;原一高;王焱坤;白
佳声;车俊华
5.WC-Co硬质合金的显微结构参数 [J], 刘寿荣
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超细晶WC_Co硬质合金的发展及其应用

收稿日期:2005-03-09作者简介:侯克忠(1968-),男(汉),安徽省全椒县人,工学硕士,高级工程师,主要从事超细硬质合金的研究与开发工作。

超细晶WC-Co 硬质合金的发展及其应用侯克忠杨慧敏白佳声吴菊清(上海材料研究所上海 200437)摘要:本文概括地综述了超细晶WC-Co 硬质合金在制备工艺和检测技术等方面的发展情况,以汽车工业用刀具加工为实例,介绍了超细晶硬质合金的应用情况,并讨论了其发展前景。

关键词:超细晶WC-Co 硬质合金;快速固结;磁性能;孔加工刀具中图分类号:TF125.3 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2005)05-0041-05DEVELOPMENT OF SUPERFINE CRYSTALLINE WC-Co CEM ENTED CARBIDESAND TH EIR APPLICAT IONS ON H OLE MACHININGHOU Ke zhong,YA ND Hui min,BAI Jia sheng,WU Ju qing (Shanghai Research Institutes of M aterials,200437Shanghai)Abstract:The development of superfine crystalline WC-Co cemented carbides is described withpreparation and inspection technique The tools used in the field of automobile industry are taken as example to,introduce the application of superfine crystalline cemented carbides and the prospect is discussedKey words:Superfine Crystalline WC -Co Cemented Carbide;Rapid Consolidation;Magnetic property;Hole M achining tool由于具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能,硬质合金在切削加工、凿岩采掘、成型模具、耐磨零件等方面得到了广泛应用。

碳含量对超细晶WC-12%Co硬质合金组织及性能的影响

碳含量对超细晶WC-12%Co硬质合金组织及性能的影响
傅声华;肖森;陈维财;刘鑫;钟志强;黄云飞
【期刊名称】《稀有金属与硬质合金》
【年(卷),期】2024(52)2
【摘要】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。

【总页数】7页(P63-69)
【作者】傅声华;肖森;陈维财;刘鑫;钟志强;黄云飞
【作者单位】崇义章源钨业股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG135.5
【相关文献】
1.超细及纳米硬质合金中碳含量的变化及对组织性能的影响
2.碳含量对WC-9Ni-1Cr细晶硬质合金组织结构及性能的影响
3.TiC含量对WC-8Co超细晶硬质合金力学性能和微观组织的影响
4.碳含量对WC-6Co超细晶硬质合金WC晶粒长大激活能的影响
5.碳含量对WC-6%Ni细晶硬质合金组织结构及性能的影响
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