硬质合金的烧结
硬质合金的烧结气氛及其控制
硬质合金的烧结气氛及其控制The Sintering Atmosphere of Hard Alloy and Its Control目前，硬质合金的烧结已在金属切削、航空航天、机械制造、医疗器械等诸多行业中得到广泛应用，它能替代传统钢制件，具有较高的热韧性和耐磨性。
为了保证硬质合金烧结工艺在精度、性能、耐久性等方面都满足要求，烧结气氛控制显得尤为重要。
At present, the sintering of hard alloy has been widely used in many industries such as metal cutting, aerospace, mechanical manufacturing and medical instrument industry. It can replace traditional steel parts and has high thermal toughness and wear resistance. In order to ensure that the sintering process of hard alloy meets the requirements in precision, performance and durability, the control of sintering atmosphere is particularly important.硬质合金的烧结气氛控制一般分为4类：真空烧结、气氛烧结、助烧剂烧结和半气体烧结。
真空烧结指的是在真空状态下进行烧结，气氛烧结指的是空气、氮气或氩气等常压气体为主要气氛烧结，助烧剂烧结指的是添加助烧剂，以改善烧结气氛烧结，而半气体烧结则指的是混合真空和气体烧结。
The control of sintering atmosphere of hard alloy is generally divided into four categories: vacuum sintering, atmosphere sintering, sintering aid sintering and semi-gas sintering. Vacuum sintering refers to sintering in vacuum state,atmosphere sintering refers to sintering under atmosphere of air, nitrogen or argon and other atmospheric pressure gases as the main atmosphere, sintering aid sintering refers to the additionof sintering aids to improve the sintering atmosphere, and semi-gas sintering refers to the mixed vacuum and gas sintering.根据成型原理的不同，硬质合金的烧结气氛可以分为固溶处理型、凝固型和渗透型。
硬质合金的烧结工艺
硬质合金的烧结工艺 Revised by Chen Zhen in 2021硬质合金烧结工艺硬质合金是由各种碳化物和铁族元素组成，例如WC-Co、WC-TiC-TaC-NbC-Co或是TiC-MoC-Ni。
这些材料的典型特点就是，通过液相烧结可以达到几乎100%理论密度，烧结后，低的残余孔隙度是成功应用硬质合金于金属切削、石油开采钻头或者金属成形模具等高应力使用工况的关键。
此外，必须仔细控制烧结工艺，以获得希望的显微组织和化学成分。
在很多应用场合，硬质合金都是以烧结态应用的。
烧结态合金表面经常承受条件苛刻的摩擦和应力，在大多数的切削金属应用中，刀头表面的磨耗深度只要超过0.2~0.4mm,工具就被判定报废，所以，提高硬质合金的表面性能是相当重要的。
烧结硬质合金的两种基本方法：一种是氢气烧结——在氢气中与常压下通过相反应动学来控制零件成分，另一种是真空烧结——采用真空环境或降低环境气体压强，通过减缓反应动力学来控制硬质合金成分。
真空烧结有着更为广泛的工业应用。
有时，还采用烧结热等静压和热等静压，这些技术都对硬质合金的生产有着重要的影响。
氢气烧结：氢气是还原性的气氛，但当氢气与烧结炉壁或承载装置发生反应时会改变其他成分，提供合适的碳化势以维持与硬质合金的热力学平衡。
在传统的硬质合金烧结中，要将混合料中的碳化物的含碳量调节到理论值，并在整个氢气烧结过程中维持这个值不变。
例如，烧结94WC-6CO硬质合金时，入炉时，碳含量为5.70~5.80%（质量分数），出炉时，则要维持在5.76+0.4%氢气烧结工艺的气氛控制能力对于钨钴类硬质合金来说是足够的，但是对于切钢工具用含碳化钛碳化钽或碳化铌的合金来说，气氛的氧化势太高，导致合金的成分变化，通常用真空烧结来减低这些，合金氧化物的含量，氢气烧结一般用机械推舟的方式，通过连续烧结来完成，可用一个单独的预烧炉除去润滑剂防止挥发物污染后的高烧结过程。
预烧结还可以调高生胚强度，使能对其进行粗切削加工，例如，进行车削和钻孔，预烧结温度在500~800摄氏度间，这主要取决于润滑剂除去的是否彻底及所需生胚强度。
硬质合金烧结工艺
图1W-C-C O系状态图在凝固温度下的等温切面
1. 1 烧结过程四阶段及相应的组织转变
1.1.1. 脱蜡预烧阶段（＜800℃） 1) 成形剂的脱除 2) 粉末表面氧化物还原 3) 粉末颗粒相互之间的状态发生变化 1.1.2. 固相烧结阶段（800℃~共晶温度） ? 共晶温度是指缓慢升温时，烧结体中开始出现共晶液相的温度，对
③重结晶阻力 a. 阻止WC 晶粒长大； b. 降低对烧结温度的敏感性； c. 降低WC 晶粒长大倾向对碳的敏感性； d. 降低WC 晶粒长大倾向对湿磨时间的敏感性。 （2 ）WC －TiC －CO合金 1 ） TiC-WC ＋γ两相合金 固溶体的晶粒长大具有如下特点： ①与碳化钨不同，长大的结果没有那样明显的不均一性。 ②对工业合金而言，固溶体的晶粒长大与烧结体的液相数量无关。 ③这种合金的固溶体晶粒长大主要决定于烧结温度和烧结时间。 ④合金的晶粒大小与碳化钛在混合料中存在的形式有关。
相；碳量过剩，则为WC+C+ 液相；碳适量，则为WC+ 液相。
? 1.1.4. 冷却阶段（烧结温度~室温）
? 冷却速度只影响γ 相成分，不影响组织，最终组织为 WC+ γ。 ? WC-TiC- CO合金的烧结：与WC – CO 合金的烧结基本类似 。其主要区别表现 在液相的成分，出现液相的温度和所得 合金组织的不同。
? 就几何参数的影响而言，所有相（ WC、CO和抑制剂碳化物）在粉末压块中的分布 状况决定着后续烧结时的初始几何位置。抑制剂碳化物是以细散碳化物颗粒形式 存在于 WC、CO粉末基体中。在后续烧结过程中，决定抑制剂利用率的参数如下 （见图5-52）。
硬质合金烧结实验
硬质合金的烧结一、实验目的了解硬质合金烧结的基本知识及烧结特点二、实验原理烧结是指在高温作用下，坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐致密化，且机械强度大大提高的过程。
在烧结过程中包括有机物的挥发、坯体内应力的消除、气孔率的减少；在烧结气氛作用下，粉末颗粒表面氧化物的还原、原子的扩散、粘性流动和塑性流动；烧结后期还可能出现二次再结晶过程和晶粒长大过程。
三、烧结方式及特点真空烧结与低压烧结真空烧结：在低于大气压力条件下进行的粉末烧结。
主要用于烧结活性金属和难熔金属铍、钍、钛、锆、钽、铌等；烧结硬质合金、磁性合金、工具钢和不锈钢；以及烧结那些易于与氢、氮、一氧化碳等气体发生反应的化合物。
优点是：(1)减少了气氛中有害成分(水、氧、氮)对产品的不良影响。
(2)对于不宜用还原性或惰性气体作保护气氛(如活性金属的烧结)，或容易出现脱碳、渗碳的材料均可用真空烧结。
(3)真空可改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织。
(4)真空烧结有助于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，起到净化材料的作用。
(5)真空有利于排除吸附气体、孔隙中的残留气体以及反应气体产物，对促进烧结后期的收缩有明显作用。
如真空烧结的硬质合金的孔隙度要明显低于在氢气中烧结的硬质合金。
(6)真空烧结温度比气体保护烧结的温度要低一些，如烧结硬质合金时烧结温度可降低100～150℃。
这有利于降低能耗和防止晶粒长大。
不足是：(1)真空烧结时，常发生金属的挥发损失。
如烧结硬质合金时出现钴的挥发损失。
通过严格控制真空度，即使炉内压力不低于烧结金属组分的蒸气压，也可大大减少或避免金属的挥发损失。
(2)真空烧结的另一个问题是含碳材料的脱碳。
这主要发生在升温阶段，炉内残留气体中的氧、水分以及粉末内的氧化物等均可与碳化物中的化合碳或材料中的游离碳发生反应，生成一氧化碳随炉气抽出。
含碳材料的脱碳可用增加粉末料中的含碳量以及控制真空度来解决。
低压烧结：低压烧结的“低压”是相对…热等静压‟的压力来说的，二者都是在等静压力下烧结，前者的压力约为5Mpa 左右，后者的压力高达70～100MPa 。
硬质合金的制备方法
硬质合金的制备方法硬质合金是一种高性能、高强度材料，广泛应用于机床、航空、航天、石油、化工等领域。
本文将介绍硬质合金的制备方法。
硬质合金的制备方法主要分为粉末冶金法和熔融冶金法两种。
1. 粉末冶金法粉末冶金法是制备硬质合金的主要方法之一。
其主要原理是将金属粉末和非金属粉末按一定比例混合，再经过压制、烧结等工艺制成。
具体步骤如下：（1）原料制备。
将金属粉末和非金属粉末按一定比例混合，经过筛选、干燥等处理。
（2）压制成型。
将经过处理的原料粉末放入模具中，经过压制成型。
（3）烧结处理。
将成型后的粉末坯体放入高温炉中，进行烧结处理。
烧结温度一般在1300℃~1500℃之间，时间约为1~4小时。
烧结后的坯体具有一定的强度和韧性。
（4）后续加工。
经过烧结后的坯体，需要进行后续的加工，如切割、磨削、抛光等工艺处理，制成成品。
2. 熔融冶金法熔融冶金法是另一种制备硬质合金的主要方法。
其主要原理是将金属和非金属原料按一定比例熔融后，冷却成坯，再进行后续加工制成硬质合金。
具体步骤如下：（1）原料制备。
将金属和非金属原料按一定比例混合，经过筛选、干燥等处理。
（2）熔融处理。
将经过处理的原料放入电炉中，进行熔融处理。
熔融温度一般在1600℃~2000℃之间。
熔融后的合金液体需要进行除渣、保温等处理。
（3）坯体铸造。
将熔融后的合金液体倒入铸造模具中，冷却成坯体。
（4）热处理。
将坯体进行热处理，使其具有一定的强度和韧性。
（5）后续加工。
经过热处理后的坯体，需要进行后续的加工，如切割、磨削、抛光等工艺处理，制成成品。
粉末冶金法和熔融冶金法是制备硬质合金的主要方法。
两种方法各有优缺点，具体应根据实际情况选择。
无论采用哪种方法，都需要严格控制各项工艺参数，以保证制得的硬质合金具有优良的性能和质量。
硬质合金制造工艺
硬质合金制造工艺
硬质合金制造工艺：
硬质合金烧结成型就是将粉末压制成坯料，再进烧结炉加热到一定温度（烧结温度），并保持一定的时间（保温时间），然后冷却下来，从而得到所需性能的硬质合金材料。
烧结成型是硬质合金制造工艺的主要方法。
硬质合金烧结过程可以分为四个基本阶段：
1：脱除成形剂及预烧阶段，在这个阶段烧结体发生如下变化：
成型剂的脱除，烧结初期随着温度的升高，成型剂逐渐分解或汽化，排除出烧结体，与此同时，成型剂或多或少给烧结体增碳，增碳量将随成型剂的种类、数量以及烧结工艺的不同而改变。
粉末表面氧化物被还原，在烧结温度下，氢可以还原钴和钨的氧化物，若在真空脱除成型剂和烧结时，碳氧反应还不强烈。
粉末颗粒间的接触应力逐渐消除，粘结金属粉末开始产生恢复和再结晶，表面扩散开始发生，压块强度有所提高。
2：固相烧结阶段（800℃--共晶温度）
在出现液相以前的温度下，除了继续进行上一阶段所发生的过程外，固相反应和扩散加剧，塑性流动增强，烧结体出现明显的收缩。
3：液相烧结阶段（共晶温度--烧结温度）
当烧结体出现液相以后，收缩很快完成，接着产生结晶转变，形成合金的基本组织和结构。
4：冷却阶段（烧结温度--室温）
在这一阶段，合金的组织和相成分随冷却条件的不同而产生某些变化，可以利用这一特点，对硬质合金进行热处理以提高其物理机械性能。
硬质合金烧结工艺控制要点
硬质合金烧结工艺控制要点嘿，朋友们！今天咱们就像聊美食一样聊聊硬质合金烧结工艺的控制要点。
这硬质合金烧结啊，就像是一场神秘又刺激的魔法烹饪。
首先呢，温度那可是这个魔法烹饪的火候。
这温度控制得不好，就像你烤蛋糕的时候把烤箱温度调得乱七八糟一样。
温度过高，硬质合金可能就像个气球一样鼓起来，然后各种性能就全乱套了，它可不会乖乖听话变成我们想要的坚韧家伙。
而温度过低呢，就好比你想把肉炖烂却用小火慢慢悠悠的，结果硬质合金就达不到应有的硬度和密度，软趴趴的，像个没骨气的小面团。
接着是烧结时间。
这时间啊，就像是给这个“菜”烹饪的时长。
时间太长，硬质合金可能就像在锅里煮过头的面条，变得又干又脆，还容易断裂，完全没有了那种恰到好处的韧性。
要是时间太短，就像你急急忙忙炒个菜，菜还是生的，硬质合金的内部结构还没来得及好好组合，性能就大打折扣，就像一个没经过训练的新兵，毫无战斗力。
再说说气氛控制。
这气氛就像是烹饪时的调味料。
如果气氛不对，比如氧含量没控制好，那硬质合金就像放在空气里太久的苹果，开始氧化生锈。
原本应该光鲜亮丽、坚不可摧的它，可能变得坑坑洼洼，像个长满麻子的脸。
粉末的粒度也是个关键因素。
粉末粒度就像食材的颗粒大小。
要是粉末粒度不均匀，那就好比你做米饭的时候米有大有小，煮出来的饭肯定有的生有的熟。
硬质合金的质量也会参差不齐，有的地方硬得像石头，有的地方又松松垮垮。
烧结过程中的压力也很有趣。
压力就像你在做煎饼的时候用的那把铲子压着的力度。
压力过大，硬质合金可能就被压得扁扁的，像被踩扁的易拉罐。
压力过小呢，它又不能紧密地结合在一起，就像一盘散沙，风一吹就散了。
还有加热速率，这就像是你开着车加速的过程。
加热太快，就像你开车突然猛踩油门，硬质合金可能会因为“晕车”而内部结构紊乱。
加热太慢，就像乌龟爬一样，生产效率低下，大家都等得心急火燎的。
添加剂的使用呢，就像是给菜加调料。
加少了没效果，就像炒菜没放盐，平淡无奇。
加多了又会破坏整体的平衡，就像糖放多了把菜变成了甜品，那可就完全不是我们想要的硬质合金了。
硬质合金生产工艺
硬质合金生产工艺硬质合金的生产工艺是一个综合的、复杂的制造过程，需要经过材料准备、粉末混合、成型、烧结、后处理等多个环节。
下面将详细介绍硬质合金的生产工艺流程及各个环节的工艺操作。
一、材料准备硬质合金的生产主要材料是钨粉、钴粉和碳化物粉末。
钨粉作为硬质合金的主要成分，具有高硬度、高密度等优点；钴粉作为粘结相，起到增强合金韧性和延展性的作用；碳化物粉末则是硬质合金中的另一主要成分，提高了合金的硬度和耐磨性。
在材料准备阶段，需要根据合金配方的要求准备好各种原材料，并严格控制其质量和比例。
其中，钨粉和钴粉的粒度、纯度、形状等参数对硬质合金的性能有着重要影响，需要经过精密的筛分和选材。
二、粉末混合将钨粉、钴粉和碳化物粉末按照一定的配方比例混合均匀，是硬质合金制备的关键环节。
通过粉末混合，可以使各种原料之间充分混合，确保最终合金的成分均匀。
粉末混合工艺通常采用机械混合方式，即将原材料放入球磨机等设备中进行干式混合或湿式混合。
在混合过程中，需要控制混合时间、速度和温度等参数，以确保混合效果达到最佳状态。
三、成型硬质合金的成型工艺主要包括压制和成型两个步骤。
压制是将混合好的粉末通过模具进行压制，使其形成密实的坯体。
成型是通过模具制作合金的最终形状，可以是板材、棒材、圆柱体等不同形状。
在硬质合金的成型过程中，需要考虑压力大小、温度、速度等参数的控制，以确保合金的成型质量。
另外，还需要对成型后的坯体进行退火处理，消除成型过程中产生的应力，提高合金的成品率和密实度。
四、烧结烧结是硬质合金生产的核心工艺环节，通过高温烧结使钨、钴、碳等元素发生反应，形成坚固的结合相，实现硬质合金的硬度和耐磨性。
烧结温度一般在1300℃~1600℃之间，烧结时间和气氛对合金的性能也有影响。
在烧结过程中，还需要对合金进行冷却、退火等处理，以提高合金的稳定性和耐磨性。
同时，需要对烧结炉进行周期性的检查和维护，确保烧结过程的稳定性和可控性。
五、后处理硬质合金生产完成后，还需要进行后处理工艺，包括抛光、清洗、检测等环节。
硬质合金真空烧结
硬质合金真空烧结硬质合金的烧结为液相烧结，即再黏结相呈液相的条件下进行。
将压坯在真空炉中加热到1350℃—1600℃。
烧结时压坯的线收缩率约为18%，体积收缩在50%左右，收缩量的准确值取决于粉末的粒度和合金的成分。
硬质合金的烧结是一个复杂的物理化学过程,株洲三鑫硬质合金生产有限公司友情出品。
这一过程包括增塑剂脱除、脱气、固相烧结、液相烧结、合金化、致密化、溶解析出等过程。
压坯在特定烧结条件下形成具有一定化学成分、组织结构、性能和形状尺寸的制品。
这些工艺条件依不同的烧结装置具有较大的差异。
硬质合金真空烧结是在低于1atm(1atm=101325Pa)下进行烧结的工艺过程。
在真空条件下烧结，大大降低了粉末表面吸附气体和封闭孔隙内气体对致密化的阻碍作用，有利于扩散过程和致密化的进行，避免了烧结过程中金属与气氛中某些元素的反应，可显著改善液体黏结相与硬质相的湿润性，但真空烧结要注意防止钴的蒸发损失。
真空烧结一般可以分为四个阶段，即增塑剂脱除阶段、预烧阶段、高温烧结阶段、冷却阶段。
增塑剂脱除阶段是从室温开始升温到200℃左右，压坯中粉末颗粒表面吸附的气体在热的作用下脱离颗粒表面，不断从压坯中逃逸出来。
压坯中的增塑剂受热化逸出压坯。
保持较高的真空度有利于气体的解除和逸出。
不同种类增塑剂受热变化的性能不尽相同，制定增塑剂脱除工艺要根据具体情况进行试验确定。
一般增塑剂的气化温度在550℃以下。
预烧阶段是指高温烧结前进行预烧结，使粉末颗粒中的化合氧与碳发生还原反应，生成一氧化碳气体离开压坯，如果这种气体在液相出现时不能排除，将成为封闭孔隙残留在合金中，即使加压烧结，也难以消除。
另一方面，氧化存在会严重影响液相对硬质相的湿润性，最终影响硬质合金的致密化过程。
在液相出现前，应充分得脱气，并采用尽可能高得真空度。
高温烧结阶段是硬质合金压坯发生致密化得关键阶段，而烧结温度及烧结时间是压坯实现致密化、形成均匀得组织结构、获得所要求性能的重要工艺参数。
硬质合金烧结方法的新进展
硬质合金烧结方法的新进展1前言烧结是硬质合金生产过程的最后一道工序,也是最基本、最关键的一道工序,烧结前工序中的某些缺陷在一定范围内可以通过调整烧结工艺加以纠正,而由烧结造成的废品一般无法通过以后的工序来挽救,因此烧结工艺和装备选择是否恰当,对烧结产品的质量有着决定性的影响。
长久以来,在实际生产中逐渐形成了多种烧结方法,较为传统的包括氢气烧结、真空烧结、热等静压烧结、真空后续热等静压、烧结热等静压等。
80年代纳米结构问世之后,又逐渐形成了新型烧结方法,如微波烧结、放电等离子烧结等。
下面就这几种烧结技术特别是纳米硬质合金烧结技术做一综合介绍。
2氢气烧结将压坯装在石墨舟中,再充填一定含碳量的氧化铝填料或石墨颗粒填料,通常是装入连续推进式的钼丝炉内,在氢气保护下进行烧结,这个过程就是氢气烧结<1 > 。
氢气烧结的特点是:能够提供还原性气氛;需要预烧结来清除压制时添加的成形剂。
氢气烧结虽然曾在较长时期内被广泛采用,甚至目前还有少数厂家采用它,但经过长期实践,人们发现它存在许多不足。
钼丝刚玉管炉的优点是结构简单、炉子功率小、炉管寿命长,但是炉温控制不准、炉内气氛变化大、产品容易渗碳、脱碳。
另外,其烧结过程是在正压下进行的,产品内部的孔隙不能充分得到消除,留有残余孔隙,一些氧化物杂质也不能较好地挥发排除掉<2 > 。
3真空烧结硬质合金的真空烧结始于上世纪三十年代,而到六十年代才获得较大的发展。
所谓真空烧结,就是在负压的气(汽)体介质中烧结压制的过程。
真空烧结与氢气烧结相比,可以提高炉气纯度,同时负压改善了粘结相对硬质相的润湿性。
真空烧结具有如下优点:(1 )能够更好地排除烧结体中Si、Mg、Ca等微量氧化物杂质,从而提高硬质合金的纯度;(2 )真空下气相的渗碳、脱碳作用大大减少,易于保证最终合金的碳含量,控制合金的组织结构;(3)可以降低烧结温度或保温时间,防止碳化物晶粒的不均匀长大;(4)烧结品残留孔隙比氢气烧结少,可提高合金的密度和机械性能;(5 )烧结时产品不用填料隔开和保护,操作简单,而且产品表面无粘附物和白亮的金属铝沉积物。
烧结态硬质合金的hip处理
烧结态硬质合金的hip处理
烧结态硬质合金HIP处理是一种穿境质量改善的技术，此技术通过高温热处理来改善
金属材料的性能和耐磨性，使其更加耐用、耐久、经久耐用，可以有效降低磨损、延长金
属零部件的使用寿命，提高产品质量，更安全、可靠、经济对环境友好。
烧结态硬质合金 HIP 处理主要通过将金属材料进行热处理，即金属热渗蒸发和硬化
处理，将热渗蒸发的金属材料和金属材料粉末，在一定的温度和压力条件下，通过原子元
素热完全渗透，将材料渗透表面和金刚石粉之间形成全新的组合物。
之后拉快及压密，以
使之在热处理过程中形成结晶体，以增强金属材料的坯体强度和硬度。
HIP处理一般以碳含量9-14％的烧结态硬质合金为金属材料，并配以氮化或氰化合金，以达到大的塑性和强度，预设温度一般有1750-1800℃，压力亦有特殊要求。
HIP处理的
阶段主要有3步：坯体准备，冷却回火热处理及加速热处理及冷却。
（1）坯体准备。
即将材料去除表面油污和氧化皮及将材料研磨到精密度要求，然后
进行高温HIP处理准备，可以保证加工工艺和后续热处理效果。
（2）冷却回火热处理。
在热处理过程中，特殊的温度条件释放一定热量进行定型，
可以形成新的结晶体，进而改变原有的金属的组织，改变成块状的体结构，以增加其硬度
和硬性特殊材料的硬度和耐磨性。
（3）加速热处理及冷却。
根据材料的性能和使用环境的要求，选择合适的冷却速度
以增强其韧性和抗拉强度。
通过以上HIP处理，可以有效降低材料的成型应力、改善细观
组织，增强表面耐蚀和耐磨性，从而实现其强度和质量的改善。
硬质合金的热处理
硬质合金的热处理
硬质合金是由钨、钴、钛等元素组成，具有具有高硬度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等特性，广泛应用于刀具、模具、矿山机械、石油钻头等领域。
为了提高硬质合金的性能，常常需要进行热处理。
硬质合金的热处理主要包括烧结前处理和烧结后处理两个过程。
烧结前处理主要是对粉末进行烘干、脱脂和预热等处理，以保证粉末的燃烧和烧结质量。
烧结后处理，则是在烧结后对硬质合金进行正火、退火、淬火和回火等工艺，以改善其组织和性能。
正火是指对铸造、锻造后的硬质合金进行加热、保温和冷却的过程，以调节其组织和性能。
硬质合金的正火温度通常在1150℃~1250℃之间，保温时间为1~4小时，冷却方式为空气冷却或水冷却。
正火处理可以改善硬质合金的结晶度、均匀性和韧性，同时提高其硬度和耐磨性。
总之，硬质合金的热处理是优化其性能和应用的必要技术之一。
在进行热处理时，应根据具体情况选择合适的工艺和参数，以达到所需的性能要求。
硬质合金低压烧结工艺的探索
硬质合金低压烧结工艺的探索背景介绍硬质合金是一种具有优异性能的材料，广泛应用于切削工具、磨料工具、钻头等领域。
然而，传统的硬质合金烧结工艺存在一些问题，如高温烧结过程中易产生裂纹、粉末不易压实等。
为了解决这些问题，近年来，低压烧结工艺被引入硬质合金的生产中，取得了良好的效果。
本文将对硬质合金低压烧结工艺进行探索。
低压烧结工艺的原理低压烧结工艺是在传统的高温烧结工艺基础上进行的改进。
该工艺是在相对较低的温度和压力下进行的，能够有效降低硬质合金烧结过程中的应力，减少裂纹的产生。
具体工艺流程如下：1.硬质合金粉末的制备：首先，根据所需的产品要求，将合适的金属粉末混合，并加入适量的粘结剂和稳定剂，经过混合、湿法粉碎、干燥等工序得到合适的硬质合金粉末。
2.模具填充与压实：将制备好的硬质合金粉末填充至模具中，然后施加一定的压力进行初步压实。
这一步骤旨在保证硬质合金粉末的均匀分布和初步的固结。
3.低压烧结过程：将填充好硬质合金粉末的模具放入低压烧结炉中，根据设计要求，控制合适的温度和压力进行烧结过程。
相对于传统高温烧结工艺，低压烧结的温度和压力要求更低，从而减少了产生裂纹的可能性。
4.冷却与脱模：低压烧结过程结束后，将烧结好的硬质合金模具从炉中取出，进行冷却。
待冷却后，使用合适的方法将硬质合金产品从模具中取出，完成脱模操作。
优势与挑战低压烧结工艺相比传统高温烧结工艺具有以下优势：1.减少裂纹的产生：传统高温烧结工艺中，由于温度和压力较高，易导致硬质合金产生内应力，从而产生裂纹。
低压烧结工艺通过降低温度和压力，减小了硬质合金内应力的产生，有效减少了裂纹的发生。
2.增加硬质合金的致密度：低压烧结工艺在初步压实的基础上，通过烧结过程进一步压实硬质合金粉末，提高了硬质合金的致密度，从而提高了其力学性能和耐磨性。
3.环保节能：相对于高温烧结工艺，低压烧结工艺不需要经过高温环境，减少了能源的消耗，同时也减少了对环境的污染。
硬质合金烧结变形及控制方法
硬质合金烧结变形及控制方法摘要：硬质合金烧结变形及其控制方法是硬质合金制造领域的一个重要研究方向。
本文通过对硬质合金材料的组成和制备工艺进行综述，分析了烧结变形的成因和影响因素。
在此基础上，提出了一系列控制方法，包括优化烧结工艺参数、改进烧结模具设计、合理选择烧结添加剂等。
同时，本文通过实际案例分析，验证了这些控制方法的有效性。
研究结果表明，通过合理控制烧结过程中的变形，可以显著提高硬质合金材料的性能和质量，为硬质合金制造提供了理论依据和技术支持。
关键词：硬质合金、烧结变形、控制方法、制备工艺、烧结工艺参数引言：硬质合金是一种重要的工程材料，在机械、航空航天、石油化工等领域具有广泛的应用。
硬质合金的制备过程中，烧结是一个关键的工艺步骤，它决定了硬质合金材料的性能和质量。
然而，烧结过程中常常会出现各种变形问题，如开裂、弯曲等，严重影响了硬质合金的制造效率和质量稳定性。
因此，研究硬质合金烧结变形及其控制方法具有重要的理论意义和实际价值。
一、硬质合金的组成和制备工艺1.1 硬质合金的组成硬质合金通常由两个主要组分组成：金属碳化物和粘结相。
金属碳化物主要是钨碳化物（WC），它具有高硬度、高熔点和良好的耐磨性。
粘结相通常是钴（Co）或镍（Ni），它的作用是将金属碳化物颗粒牢固地粘结在一起，并提供一定的韧性和冲击强度。
此外，硬质合金还可能含有其他元素或添加剂，如钛（Ti）、铌（Nb）、钼（Mo）等，以进一步改善其性能。
1.2 硬质合金的制备工艺硬质合金的制备工艺通常包括粉末混合、成型和烧结三个主要步骤。
首先，将金属碳化物粉末和粘结相粉末按照一定的配比进行混合，通常使用球磨或干法混合的方法，以确保两种粉末均匀混合。
然后，将混合粉末通过成型工艺，如压制、注射成型等，制备成所需的形状，如板材、棒材、刀片等。
最后，成型体经过烧结工艺，即在高温下进行加热处理，以使金属碳化物颗粒结合成整体。
烧结过程中，首先进行预烧结，将成型体加热至金属碳化物颗粒开始颗粒间结合的温度。
硬质合金生产技术之压制和烧结
硬质合金生产技术之压制和烧结第一节压制机理一，压制过程：粉末压制成型是粉末冶金生产的基本成型方法；在压摸中填装粉末，然后在压力机下加压，脱模后得到所需形状和尺寸的压坯制品，，粗略分三阶段：1，压块密度随压力增加而迅速增大；孔隙急剧减少。
2，压块密度增加缓慢，因孔隙在1阶段中大量消除，继续加压只是让颗粒发生弹性屈服变形。
3，压力的增大可能达到粉末材料的屈服极限和强度极限，粉末颗粒在此压力下产生塑性变形或脆性断裂。
因颗粒的脆性断裂形成碎块填入孔隙，压块密度随之增大。
二，压制压力：压制压力分二部分；一是没有摩擦的条件下，使粉末压实到一定程度所需的压力为“静压力”（P1）；二是克服粉末颗粒和压模之间摩擦的压力为“侧压力”（P2）。
压制压力P=P1+P2侧压系数=侧压力P2÷压制压力P=粉末的泊松系数u÷（1-u）=tg2（45o-自然坡度角Φ÷2）侧压力越大，脱模压力就越大，硬质合金粉末的泊松系数一般为0.2-0.25之间。
三，压制过程中的压力分布：引起压力分布不匀的主要原因是粉末颗粒之间以及粉末与模壁之间的摩擦力。
压块高度越高，压力分布越不均匀。
实行双向加压或增大压坯直径，能减少压力分布的不均匀性。
四，压块密度分布：越是复杂的压块，密度分布越不均匀；除压力分布的不均匀（压力降）外，装粉方式不正确，使压块不同部位压缩程度不一致，也会造成压块密度不均匀。
1，填充系数：是指压块密度Y压与料粒的松装密度Y松的比值；压缩比：是指粉末料粒填装高度h粉与压块高度h压之比；在数值上填充系数和压缩比是相等的。
K=Y压÷Y松=h粉÷h压2，为了减少压块密度分布的不均匀性：（1）提高模具的表面光洁度；（2）减少摩擦阻力；（3）提高料粒的流动性；（4）采用合理的压制方式；3，粉末粒度对压制的影响；（1）粉末分散度越大（松装越小），压力越大。
压块密度越小；有较大的强度值，成型性好。
硬质合金制备过程中的基本原理、烧结工艺及应用培训
硬质合金制备过程中的基本原理、烧结工艺及应用培训硬质合金是一种由金属粉末和粉末冶金工艺制备而成的高强度、高硬度材料。
其制备过程包括原料选择、粉末的制备、混合、成型和烧结等步骤。
硬质合金的基本原理是以金属粉末为基础材料，通过添加适量的碳化物粉末（如钨碳化钴粉末）作为增强相，经过混合、压制和烧结等工艺步骤形成。
在烧结过程中，金属粉末首先在高温下熔化，然后通过熔湿作用与碳化物相互反应生成金属碳化物结合相，使金属基体形成牢固且均匀分布的增强相颗粒。
烧结工艺是硬质合金制备过程中至关重要的一步。
主要包括预压、烧结及后处理三个阶段。
在预压阶段，通过将混合好的金属粉末和碳化物粉末放入模具中，利用压力将其预压成坯体。
这一步骤旨在提高粉末的绿密度和可压性，并为后续的烧结提供条件。
然后，将预压好的坯体放入高温的烧结炉中进行烧结。
烧结过程中，坯体在高温下逐渐熔化，金属与金属碳化物进行反应，并合成出独特的金属碳化物相。
同时，由于烧结炉中的高温和压力作用，使得金属碳化物颗粒之间发生颗粒扩散和晶粒长大现象，从而形成致密且强度高的硬质合金。
最后，在后处理阶段，将烧结好的硬质合金进行加工和调质，以达到所需的硬度和强度。
这包括切割、切磨、车削、磨削等工艺，以及热处理过程，如回火和时效处理等。
硬质合金的应用非常广泛，常见的应用包括切削工具、矿业工具、电子元件等领域。
由于硬质合金具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，因此在切削加工领域被广泛应用于车削、钻孔、铣削和切割等工艺中。
同时，在矿业工具领域，硬质合金可以用作凿岩钻头、矿山钻头等，因为它的耐磨性和强度能够满足严苛的工况要求。
在电子元件领域，由于硬质合金具有优异的导热性和耐腐蚀性能，因此常用于制造散热器、金属工具接触点等。
总之，硬质合金的制备是一个复杂的过程，包括原料选择、混合、成型和烧结等多个步骤。
通过控制工艺参数和多次迭代优化，可以获得具有优异性能的硬质合金材料，满足不同领域的应用需求。
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实际的烧结过程
WC+Co+W2C+C混合料的烧结特点：生产中常见的混合料组成，
尤其是在采用人造橡胶作成形剂时。
• 烧结过程伴随着一些固相化学反应而使过程复杂化。 • 在低温时先形成η相。 • 当碳量足够时， η相会因渗碳而消失。W2C亦可补充碳化化成WC。生 成的γ+η+C三元共晶(1250~1270℃)也可能消失。 • 获得的合金为WC+两相组织。 • 当碳量过剩时，可看成是WC+Co+C的烧结。而当缺碳时，则可看成是
典型的真空烧结工艺
真空烧结的4个阶段：
成形剂脱除阶段 预烧结阶段 高温烧结阶段 冷却阶段
真空烧结工艺
真空烧结的工艺过程为：脱蜡（胶）、预烧→烧结冷却出炉 • 脱蜡（胶）一般在350~400℃下进行3~4小时，它即可在真空下进 行，也可在氢气中进行。
• 预烧一般在700℃左右进行1小时。
硬质合金烧结的几个阶段
脱除成形剂及预烧阶段（<800℃）：成形剂的脱除（挥发、裂解）； 粉末表面氧化物还原 ；粘结金属粉末开始回复和再结晶，颗粒开始表面扩 敢，压块强度有所提高。 固相烧结阶段（800℃~共晶温度）：共晶温度是指缓慢升温时出现共 晶液相的温度。WC-Co合金在平衡烧结时的共晶温度为1340℃。此时，扩 散速度增加，颗粒塑性流动加强，烧结体出现明显收缩。
溶解-再析出阶段
固相在液相中具有一定溶解度的体系； 化学位差异，化学位高的部位将发生优先溶解并在附近的液相中 形成浓度梯度； 发生固相原子等在液相中的扩散和宏观的马孪哥尼流动（溶质浓 度变化导致液体表面张力梯度，产生液相流动），在化学位低的 部位析出。
化学位高的区域 颗粒突起或尖角处，细颗粒； 发生细颗粒和颗粒尖角处的优先溶解。 化学位较低的部位 颗粒的凹陷处和大颗粒表面； 溶解在液相中固相组分的原子在这些部位析出。
组织结构的形成
WC-Co硬质合金由WC相和黏结相（γ 相）组成； WC-TiC-Co硬质合金由WC相、WC-TiC固溶体相和黏接相组成。 WC相、WC-TiC相属于硬质相，贡献耐磨性，黏接相贡献韧性。
黏接相与冷却速度及含碳量有关。
例如，加大冷却速度，如采用急速气冷或油淬，则可抑制WC从Co 中析出，黏接相中保留较高的WC含量而强化黏接相。
可以显著提高炉气的纯度： 氢气烧结时，因此要求氢气的露点在-40℃以 下。而真空度10-1Hgmm，炉气的纯度就相当于-40℃露点的氢气。 改善粘结相对硬质相的润湿性：真空时的负压可改善粘结相对硬质相(特 别是TiC硬质相)的润湿性，使烧结体能更迅速地收缩，并改善粘结相分布的 均匀性。 可降低烧结温度：由于真空时粉末表面的氧化物可在较低的温度下被还原， 液相也可在较低的温度下出现，烧结时间也可缩短。 可避免填料对制品的污染：氢气烧结时，制品表面会吸收一些氢化铝填料， 含TiC的合金与氧化铝的反应尤为严重。 使刀片易于焊接：氢气烧结的刀片由于表面经常渗碳和吸收氧化铝，使刀 片与焊药间的湿润不良。
润湿角的影响因素
烧结温度升高，θ 降低。主要是降低了γ SL。 润湿是一动态平衡过程，烧结时间适当延长，θ 降低； 添加剂：导致θ 降低：
• • 添加剂能促进固相与液相间的物理溶解和轻微的化学反应； TiC-Ni,添加Mo。
固相颗粒的表面状态。固相颗粒的粗糙度增加，提高固 -气界面能。液固润湿过程易于进行； 烧结气氛：液相或固相氧化膜的形成导致润湿性下降。
硬质合金的烧结条件
烧结条件
合金 牌号 YG3 YG4C YG6，YG8 YG6X YG11，YG15 YT5 YT14，YT15 YT30 装舟量 (公斤) 5~7 5~7 7~9 7~9 9~11 <7 <7 <7
烧结温度(℃)
低温带 420 420 420 420 420 400~500 400~500 400~500 高温带 1450~1490 1480~1490 1430~1440 1380~1390 1400~1440 1500~1530 1530~1560 1480~1520
合金的组织：未溶WC原始+WC初晶+WC共晶+WC三次，合金相组成是WC+γ相。γ相是 W和C在钴中的固溶体。
WC+Co合金的不平衡烧结过程
不平衡烧结：混合料很难达到理想的均匀程度，烧结结过程的升温 速度较快。 不平衡烧结升温过程有如下特点：
• 由于热滞后现象，在共晶温度以上才会出现液相。 • 在烧结体内各小区域里出现液相的时间是不同的。 • 未经足够长的保温时间，烧结体各部位液相的成分是不同的。 冷却过程：由于烧结体内有大量的原始未溶WC可作为结晶中心，因而合金 的组织与平衡状态缓冷时差别不大。 合金凝固组织：由于扩散过程较为困难，如果合金快冷，则γ固溶体中的 WC含量可能处于过饱和状态。此时，合金的组织可能是WC原始+WC初晶+WC共 晶+γ，合金的相组成仍然是WC+γ。
第三阶段：液相出现。伴随着碳化物颗粒重排，碳化物的溶解-析出。表面张力的作用
导致孔隙的尺寸和数量逐渐减少。颗粒间接触点优先溶解。
硬质合金致密化的影响因素
液-固相间的润湿角，液体的毛细管力随其对碳化物颗粒的润湿角 减小而提高。 液相数量不超过50%时，毛细管力随液相数量的增加而提高。相 比较，碳化物颗粒的流动阻力随其增加而降低。 影响液相出现的温度和数量的烧结体含碳量。含碳量较高的烧结 体，液相出现的温度较低。 原始碳化物颗粒越细，则颗粒的中心距越短，烧结体内孔隙尺寸 越小，液体的毛细管力越大。同时，颗粒小则表面积越大，固相扩 散速度与液相出现后的溶解-析出速度也越快。 黏接金属与碳化物混合的均匀程度。 烧结时间：烧结体的致密程度随烧结时间的延长而提高，但其致 密化速度却随烧结时间的延长而降低。
WC+Co+η的烧结。
硬质合金烧结工艺
升温速度：1200℃以前应缓慢升温；丁钠橡胶在300℃ 左右开始裂化， 要在600℃保温半小时才能裂化完全，石蜡要到400℃以上才能完全汽化。 烧结温度：烧结温度主要取决烧结时钴含量。钴相越多，烧结温度越低， 一般YG合金的烧结温度在1380~1490℃的范围内，TY合金的烧结温度比YG 合金高一些，而真空烧结又比氢气烧结低50~100℃。此外，加入TaC，NbC 可允许烧结温度有较大波动。 保温时间：保温时间主要由合金牌号、烧结温度决定。过低的温度下的过 长时间烧结会使碳化钨晶粒变粗，合金强度下降，还会降低设备的生产能力。 过高温度下过短时间的烧结，则时间的稍有波动就会严重影响合金质量。 烧结保护气氛：促进粉末表面氧化膜还原，加速烧结过程的进行；将烧结 时放出的气体和各种挥发物及时带走而不致污染制品；防止个别组分（如碳 等）被烧损。保护气氛主要为氢气，还包括分解氨、氨气和真空等。
推舟速度 (毫米/分) 6.4 4 6.4 6.4 6.4 4~8 4~8 4~8
氢气通入量 (立升/时)
1500~2000 1500~2000 1500~2000 1500~2000 1500~2000 800~1200 700~1000 600~800
烧结设备
真空烧结工艺的特点
真空烧结指的是在一定的真空度下(10-1~10-2毫米汞柱)进行的烧结，它与氢、 氮等保护气氛下的烧结相比，具有以下优点：
WC+Co+W2C混合料的烧结特点：
• 当混合料缺碳时，低温下先形成η相。（ η相是三元化合物，Co（18.0～
21.0%），C（1.4～1.5%））。 • 由于WC+γ+η三元共晶温度较高(1370℃)，在平衡条件下，烧结体出现液相的温度 较高。在不平衡条件下，则可能出现WC+γ二元共晶液相。 • 相当一部分钴形成η相，从而使烧结体内液相的数量相对减少。当W2C含量较高时， 可能得到WC+γ+η三相组织的合金。
烧结时填料的作用
保护产品不与石墨舟直接接触。以减少石墨的渗碳影响； 保护产品不受高温氢气的直接冲刷，以减少高温氢气对制品的脱 碳作用；
保护产品不受温度波动的影响(如进出舟时)，使加热比较均匀；
固定产品及保护压坯不被碰坏； 保护底层产品在出现液相对不致受上层产品的重量而变形；
低温下作为碳氢化合物气体分解的接触剂而吸收碳，保护产品不 过分增碳；高温时，碳又与氢气及水蒸汽作用保护产品不过分脱碳。
碳化物晶粒长大
经过烧结后，碳化物平均晶粒尺寸出现的长大现象。 晶粒长大由固相的扩散作用及液相的溶解作用共同引起。 在烧结前期，随温度提高，时间延长，WC颗粒接触面不断扩大。（聚集再结晶） 液相烧结阶段，部分活性大的WC颗粒或大颗粒WC的菱角部分先溶解，后不断从液 相中析出并沉积在周围的晶粒上。（溶解-析出或重结晶）
液相烧结阶段（共晶温度~烧结温度）：出现液相后，烧结体收缩很
快完成，碳化物晶粒长大并形成骨架及合金的基本组织结构。
冷却阶段（烧结温度~室温）：合金的组织和黏结相成分随冷却条件
的不同而产生某些变化。冷却后，得到最终组织结构的合金。
WC-Co合金的平衡烧结过程
当混合料纯度极高且达到理想的均匀程升温过程：成分为III的烧结体在1340℃时，固溶体成分达到a’点，烧结体 内开始出现共晶成分液相。同时，WC不断向固溶体中溶解。在共晶温度下保 持足够长的时间后，所有固溶体的成分都达到a’点并转变成d点成分的液相。 冷却过程：从1400℃降温，液相中析出的WC量逐惭降低，其成分沿cd线方 向变化。共晶温度时便发生共晶反应，由成分为d的液相中同时析出点成分的固 溶体和WC二次晶体。在共晶反应完毕后，液相消失。固相转变阶段，随温度的 降低，从固溶体中析出多余的WC三次晶体。
烧结的微观过程
沿颗粒晶界优先形成液相：晶界出现溶质原子的偏聚； 原始颗粒间液相流动与颗粒重排，晶粒间分裂解体； 液相再分布和颗粒重排列； 致密化。