硬质合金烧 结工艺
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（a）减小WC粒度可使WC/CO界面的面积增大。这就意味着增大的WC晶体表面应当 获得大量的抑制剂（图5-52a）。但如此增大的抑制剂供给量不可能超过一定的 限度，因为它取决于抑制剂在粘结相中的饱和浓度。
（b）较低的粘结剂含量可使在给定温度下溶解、迁移、亦即可利用的抑制剂总 量减少（图5-52b）。
硬质合金烧 结工艺
主讲人：程秀兰
硬质合金烧 结工艺
1 烧结过程的基本理论 2 烧结工艺 3热等静压处理与压力烧结 4.烧结废品的处理
1烧结过程的基本理论
❖1. 1烧结过程四阶段及相应的组织转变 ❖1. 2烧结体的致密化 ❖1. 3 WC晶粒长大及其控制 ❖1. 4烧结过程的碳反应及碳量控制
❖ 烧结的目的是使多孔的粉未压 坯变为具有一定结构和性能的 合金。
（c）粉末压块中粘结剂分布不均匀会使烧结过程中抑制剂的利用率产生局部差 别，因此，其有效数量也随着粘结相的分布状况而变化（图5-52b）。
（d）粉末压块中抑制剂粒度分布不均匀或其粒度增大会使其均匀分布所必需的
抑制剂的平均扩散程增大。（图5-52c）
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。
③重结晶阻力（添加剂的加入）
添加碳化物的作用： 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பைடு நூலகம்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。
图3 YG15合金烧结时试样长度为 50.5毫米的收缩过程 1—舟皿上层试样 2—舟皿下层试 样
1.2烧结体的致密化
1.2.1.致密化机理：致密化机理是流动过程 。
1） 固相烧结时的扩散与塑性流动 2）液相烧结时的重排、溶解——析出与界面结构的形成 ①重排： 必要前提： ② 溶解-析出 ③界面结构的形成
VC> Mo2C >Cr3C2>NbC>TaC>TiC>ZrC≈HfC
排列。 可见VC的抑制效果最好。
c、影响抑制效果的因素
在WC/CO界面上的晶粒长大抑制剂的“早期”有效性就能决定抑制长大的程度。 可见，如何使微量抑制剂在合金中均匀地分布就成了问题的关键。
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）。
1.3.2 TiC-WC＋WC＋γ三相合金 ❖ WC与固溶体相互制约，阻碍晶粒长大； ❖ WC与固溶体相对数量及原始粒度； ❖ WC与固溶体混合不均匀，会大大的增强晶粒长
大趋势。
❖ 影响最大的是固溶体成分。
1.3.3.硬质合金的粒度控制
❖粒度控制必须从还原抓起、还原、碳化、湿磨、烧 结四大工序一起考虑，才能获得所需的合金晶粒度和 性能。
1） WC粒度对合金性能的影响
①对硬度的影响
②对抗弯强度的影响
③对断裂韧性的影响
2）湿磨过程的粒度控制
3） 烧结过程粒度控制 ① 烧结温度 ② 烧结时间 ③ 混合料的粒度 ④ 钴含量 ⑤碳含量
❖ ⑥ 晶粒抑制剂 ❖ a、抑制机理概述 ❖ 关于抑制机理，主要有两种理论： ❖ 溶解理论； ❖ 吸附理论。 ❖ b、抑制剂的种类与抑制效果 ❖ 抑制晶粒长大的效果，大体上按
❖ 烧结主要是物理过程，烧结体 致密化，碳化物晶粒长大，粘 结相成分的变化以及合金结构 的形成等。
图1W-C-CO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
液相重结晶是WC不断的溶解析出过程。 长大的动力是不同WC晶粒表面能和晶格能的差异。
2） 影响碳化钨晶粒长大的因素
1.液相数量 影响液相数量的主要因素是： a.烧结温度
影响液相数量的主要因素是：
a.烧结温度
b.含钴量 c.含碳量
②混合料的状态
a.原始粉末的粒度 b.粒度分布均匀性 c.磨碎程度
于WC-CO合金，在平衡烧结时的共晶温度为1340℃。
1.1.3. 液相烧结阶段（共晶温度~烧结温度）
1） WC-CO合金的平衡烧结过程
图2WC-CO伪二元状态图
2） WC-CO合金的不平衡烧结过程
首先，在不平衡烧结过程中，当压块升温达到共晶温度之前，固溶体的成分不 符合a”a’线，而是滞后于a”a’线的变化。同时，烧结体在共晶温度下并不保温。
图4 液相烧结阶段的致密化过程
1.2.2. 影响致密化过程的因素
a) 液-固相间的润湿角 b) 液相的数量 c) 烧结体的含碳量 d) 原始碳化物颗粒的大小 e) 粘结金属与碳化物混合的均
匀程度 f) 烧结时间 g) 烧结过程的活化
1. 3 WC晶粒长大及其控制
1.3.1. WC－CO合金 1） 碳化钨晶粒长大的动力
不平衡烧结过程有如下特点： ① 由于热滞后现象，只有在共晶温度以上才会出现液相。 ② 在烧结体内各小区域里出现液相的时间是不同的。 ③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。 其次，烧结体的原始组成 并不理想。 介质的影响。 烧结体凝固之前的相组成，决定于其最终含碳量：碳量不足，则为WC+η+液
（b）较低的粘结剂含量可使在给定温度下溶解、迁移、亦即可利用的抑制剂总 量减少（图5-52b）。
硬质合金烧 结工艺
主讲人：程秀兰
硬质合金烧 结工艺
1 烧结过程的基本理论 2 烧结工艺 3热等静压处理与压力烧结 4.烧结废品的处理
1烧结过程的基本理论
❖1. 1烧结过程四阶段及相应的组织转变 ❖1. 2烧结体的致密化 ❖1. 3 WC晶粒长大及其控制 ❖1. 4烧结过程的碳反应及碳量控制
❖ 烧结的目的是使多孔的粉未压 坯变为具有一定结构和性能的 合金。
（c）粉末压块中粘结剂分布不均匀会使烧结过程中抑制剂的利用率产生局部差 别，因此，其有效数量也随着粘结相的分布状况而变化（图5-52b）。
（d）粉末压块中抑制剂粒度分布不均匀或其粒度增大会使其均匀分布所必需的
抑制剂的平均扩散程增大。（图5-52c）
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。
③重结晶阻力（添加剂的加入）
添加碳化物的作用： 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பைடு நூலகம்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。
图3 YG15合金烧结时试样长度为 50.5毫米的收缩过程 1—舟皿上层试样 2—舟皿下层试 样
1.2烧结体的致密化
1.2.1.致密化机理：致密化机理是流动过程 。
1） 固相烧结时的扩散与塑性流动 2）液相烧结时的重排、溶解——析出与界面结构的形成 ①重排： 必要前提： ② 溶解-析出 ③界面结构的形成
VC> Mo2C >Cr3C2>NbC>TaC>TiC>ZrC≈HfC
排列。 可见VC的抑制效果最好。
c、影响抑制效果的因素
在WC/CO界面上的晶粒长大抑制剂的“早期”有效性就能决定抑制长大的程度。 可见，如何使微量抑制剂在合金中均匀地分布就成了问题的关键。
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）。
1.3.2 TiC-WC＋WC＋γ三相合金 ❖ WC与固溶体相互制约，阻碍晶粒长大； ❖ WC与固溶体相对数量及原始粒度； ❖ WC与固溶体混合不均匀，会大大的增强晶粒长
大趋势。
❖ 影响最大的是固溶体成分。
1.3.3.硬质合金的粒度控制
❖粒度控制必须从还原抓起、还原、碳化、湿磨、烧 结四大工序一起考虑，才能获得所需的合金晶粒度和 性能。
1） WC粒度对合金性能的影响
①对硬度的影响
②对抗弯强度的影响
③对断裂韧性的影响
2）湿磨过程的粒度控制
3） 烧结过程粒度控制 ① 烧结温度 ② 烧结时间 ③ 混合料的粒度 ④ 钴含量 ⑤碳含量
❖ ⑥ 晶粒抑制剂 ❖ a、抑制机理概述 ❖ 关于抑制机理，主要有两种理论： ❖ 溶解理论； ❖ 吸附理论。 ❖ b、抑制剂的种类与抑制效果 ❖ 抑制晶粒长大的效果，大体上按
❖ 烧结主要是物理过程，烧结体 致密化，碳化物晶粒长大，粘 结相成分的变化以及合金结构 的形成等。
图1W-C-CO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
液相重结晶是WC不断的溶解析出过程。 长大的动力是不同WC晶粒表面能和晶格能的差异。
2） 影响碳化钨晶粒长大的因素
1.液相数量 影响液相数量的主要因素是： a.烧结温度
影响液相数量的主要因素是：
a.烧结温度
b.含钴量 c.含碳量
②混合料的状态
a.原始粉末的粒度 b.粒度分布均匀性 c.磨碎程度
于WC-CO合金，在平衡烧结时的共晶温度为1340℃。
1.1.3. 液相烧结阶段（共晶温度~烧结温度）
1） WC-CO合金的平衡烧结过程
图2WC-CO伪二元状态图
2） WC-CO合金的不平衡烧结过程
首先，在不平衡烧结过程中，当压块升温达到共晶温度之前，固溶体的成分不 符合a”a’线，而是滞后于a”a’线的变化。同时，烧结体在共晶温度下并不保温。
图4 液相烧结阶段的致密化过程
1.2.2. 影响致密化过程的因素
a) 液-固相间的润湿角 b) 液相的数量 c) 烧结体的含碳量 d) 原始碳化物颗粒的大小 e) 粘结金属与碳化物混合的均
匀程度 f) 烧结时间 g) 烧结过程的活化
1. 3 WC晶粒长大及其控制
1.3.1. WC－CO合金 1） 碳化钨晶粒长大的动力
不平衡烧结过程有如下特点： ① 由于热滞后现象，只有在共晶温度以上才会出现液相。 ② 在烧结体内各小区域里出现液相的时间是不同的。 ③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。 其次，烧结体的原始组成 并不理想。 介质的影响。 烧结体凝固之前的相组成，决定于其最终含碳量：碳量不足，则为WC+η+液