硬质合金微观结构
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Xs Xc 7.3599当量总碳% 44.1568 0.1472 Xc
式中： Xs-烧结后碳化物的平均晶粒度； Xc-烧结前碳化物的平均晶粒度。
钴粘结相结构对合金性能的影响
✓ 钴在417℃左右会发生同素异晶转变，一种马氏体相变类型转变，在相变 温度Ms以上，f.c.c.结构的α相是稳定相，在相变温度Ms以下，h.c.p.结构的ε 相是稳定相。 ✓ h.c.p.结构金属往往塑性较差，而且h.c.p.结构的ε-Co，其c/a之值约等于 1.6223，所以ε-Co与α-Co相比，其独立滑移系少，形变协调性较差，塑性及 韧性较低。当Co中α相含量从26%降至4%时，试样的延伸率就从50%降至 7%。因此，应尽可能多地保留α-Co到室温而提高钴的性能。 ✓ 硬质合金中的钴相，由于溶入了W和C，其α→ε相变温度和程度会发生一 定的变化。然而，相变总会发生。例如，在硬质合金刀具表面那些变形力涉 及的部位，钴的α→ε相变不可避免，因为塑性变形会大大降低。这些ε-Co存 在无疑会对合金的物理机械性能和耐磨性产生不良影响。
WC晶粒度的影响因素
✓ 原始粒度：原始粒度越细，烧结时越易长大。当原始粉末粒度分布很广，特别是有
大量细颗粒WC存在时，烧结时出现异常长大的晶粒数较多。 ✓ 杂质：含量仅10ppm左右的Fe杂质会促使烧结时WC晶粒长大。约0.3%的Ni和Cr能 分别使烧结时WC晶粒发生明显的粗化和细化。 ✓ 碳含量：碳含量对合金碳化物晶粒的影响极为显著。普通认为随碳含量增加，烧结 时碳化物的长大更为严重。 ✓ 下式可定量描述碳含量对烧结时碳化物晶粒长大程度的影响：
硬质合金中的相：硬质相
✓ WC的颗粒形状受合金含碳量和含钴量的影响。随含碳量的增高，在 1450oC下烧结2h，WC晶粒择优生长而呈现矩形形状。
✓ 烧结时间增加到8h时，粗大WC颗粒开始呈现三角形棱柱体状，而含碳 量低时，WC颗粒主要为阶梯状的棱柱体。
硬质合金中的相：硬质相
✓ 由于表面张力大小的差别，多元硬质合金中的TiC、TaC和NbC等 硬质相晶粒更为接近圆形或卵形。此外，金相观察显示，WC相 呈白亮颗粒，而立方相碳化物呈灰白色晶粒。
钴的弥散强化
✓ 适当氧化物的加入能改善钴及钴合金的高温抗蠕变性能。钴在高温下蠕变 抗力的增加是由于氧化物弥散相引起了位错的塞积，从而使位错的攀移受阻， 蠕变速度也就降低了。 ✓ 当钴中含有适量氧化物时，不仅强度得到提高，其塑性也得到显著改善。 弥散相越细，分布越均匀，合金的室温和高温性能就越好。合金塑性的改善 可能是由于弥散相对位错运动有阻碍抑制了钴的α-Co→ε-Co相变。
钴及钴相的强化
钴及钴相强化主要包括合金化和弥散强化等方法控制α-Co→ε-Co相变。 ✓ 钴的合金化： • 当钴中含有1%的Fe、W、Al、Ti、Zr、Nb和Ta时，α相的含量会有不同程度的增加。
• 当钴中有6%的Fe、Ti或10%的Ta时，合金中α相含量超过80%。α相含量的增加一般 均伴有合金强度与延伸率的改善，但也有例外当钴中含有1%的Ni或W时，虽然α相含 量增加，强度和延伸率反而下降；而当含有6%Fe时，虽然合金结构以α相为主，延伸 率大大提高，但强度却有所降低。 • 一般认为，某些合金元素之所以能抑制钴的α→ε相变，增加α-Co相含量。这是因为 这些元素偏聚在钴相内的位错上，有效地提高钴的层错能，从而减少层错宽度，使 h.c.p.结构的相形核发生困难。 • X衍射分析表明，钴相中α-Co相含量比纯钴中的要多，而且钴相中α-Co→ε-Co相变 的转变温度也提高到了750℃左右。因此，钴相中溶解的W和WC对-Co有一定的稳定 作用。
硬质合金中的相：硬质相
✓ WC属于不等轴相，在液相烧结过程中的溶解和析出具有方向性，从而使 得硬质合金中的WC颗粒几何形状大小不一，呈现棱角状。
✓ 棱角的存在导致应力分布极不均匀，引起应力集中，影响硬质合金的韧性。 ✓ 经热处理可改善WC相的棱角结构，例如经过淬火处理，WC在Co的溶解
度增加，而其溶解通常发生在棱角处。
钴中弥散分布的稀土氧化物质点就在一定程度上抑制了α-Co→ε-Co相变， 使钴的强度和塑性得到提高。
γ相晶粒度对合金性能的影响
✓ γ相晶粒越细，合金的抗弯强度越高，且当钴含量越高时越明显，即γ相细化 强化机理。 ✓ 粘结相晶粒度一定时，在低温条件下，WC越细，其蠕变强度越高。相比较， 高温下WC越细，其蠕变强度却越低。 ✓ 无论WC晶粒度多大，在各种温度下合金的蠕变强度均随粘结相晶粒度增大 而提高。
影响硬质合金微观结构的因素
✓ 碳化物相、黏结相的化学成分。 ✓ 碳化物颗粒的大小、形状及其分布状况。 ✓ 碳化物与黏结物的相对比例。 ✓ 各碳化物的相互溶解程度。 ✓ 渗碳和脱碳。 ✓ 扩散或偏析引起的成分和结构变化。 ✓ 整个工艺过程，尤其是球磨、烧结工艺及原料的类型。 ✓ 烧结后涂覆的表面层或扩散层。
稀土氧化物的影响
✓ 当钴基体中含有0.1~1%(wt)CeO2、La2O3、Y2O3弥散质点时，钴的抗拉强 度、硬度和延伸率均得到提高，尤其0.3%CeO2的加入可使抗拉强度和延伸率 分别提高18.7%和80.4%。此外稀土氧化物含量增加的同时，α-Co的含量也 在增加，最多可增加151.8%，这与钴的强度，特别是塑性的改善有密切关系。 ✓ α-Co→ε-Co相变发生时，母相中的层错对形核作用很大。电镜观察也表明， 相的形核是层错在相邻面扩展的结果。 ✓ 当钴中分布有适量的稀土氧化物弥散质点时，一方面质点以安塞尔或奥罗 万机制阻碍位错运动，从而使依赖位错运动的固态相变受阻；另一方面，这 些质点还容易钉扎在各种缺陷上，或占据母相的形变中心，从而减少了潜在 核坯数量，同时还使马氏体胚芽或马氏体片的界面不易迁移。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
WC晶粒度对合金性能的影响
✓ WC晶粒度的增大会导致合金硬度的持续下降；而WC晶粒的增大在一定限度 内会使合金强度增高，过此限度后则会使合金强度下降。 ✓ 这说明为了为什么对普通WC-Co合金，硬度和抗弯强度难以同时兼顾。 ✓ 特殊方法制造的超细晶粒合金的硬度、强度均比相同成分的普通合金高。一 般硬度要高1.5~2HRA硬度值，抗弯强度要高60~80kg/mm2，高温硬度、抗压 强度也高得多。）
式中： Xs-烧结后碳化物的平均晶粒度； Xc-烧结前碳化物的平均晶粒度。
钴粘结相结构对合金性能的影响
✓ 钴在417℃左右会发生同素异晶转变，一种马氏体相变类型转变，在相变 温度Ms以上，f.c.c.结构的α相是稳定相，在相变温度Ms以下，h.c.p.结构的ε 相是稳定相。 ✓ h.c.p.结构金属往往塑性较差，而且h.c.p.结构的ε-Co，其c/a之值约等于 1.6223，所以ε-Co与α-Co相比，其独立滑移系少，形变协调性较差，塑性及 韧性较低。当Co中α相含量从26%降至4%时，试样的延伸率就从50%降至 7%。因此，应尽可能多地保留α-Co到室温而提高钴的性能。 ✓ 硬质合金中的钴相，由于溶入了W和C，其α→ε相变温度和程度会发生一 定的变化。然而，相变总会发生。例如，在硬质合金刀具表面那些变形力涉 及的部位，钴的α→ε相变不可避免，因为塑性变形会大大降低。这些ε-Co存 在无疑会对合金的物理机械性能和耐磨性产生不良影响。
WC晶粒度的影响因素
✓ 原始粒度：原始粒度越细，烧结时越易长大。当原始粉末粒度分布很广，特别是有
大量细颗粒WC存在时，烧结时出现异常长大的晶粒数较多。 ✓ 杂质：含量仅10ppm左右的Fe杂质会促使烧结时WC晶粒长大。约0.3%的Ni和Cr能 分别使烧结时WC晶粒发生明显的粗化和细化。 ✓ 碳含量：碳含量对合金碳化物晶粒的影响极为显著。普通认为随碳含量增加，烧结 时碳化物的长大更为严重。 ✓ 下式可定量描述碳含量对烧结时碳化物晶粒长大程度的影响：
硬质合金中的相：硬质相
✓ WC的颗粒形状受合金含碳量和含钴量的影响。随含碳量的增高，在 1450oC下烧结2h，WC晶粒择优生长而呈现矩形形状。
✓ 烧结时间增加到8h时，粗大WC颗粒开始呈现三角形棱柱体状，而含碳 量低时，WC颗粒主要为阶梯状的棱柱体。
硬质合金中的相：硬质相
✓ 由于表面张力大小的差别，多元硬质合金中的TiC、TaC和NbC等 硬质相晶粒更为接近圆形或卵形。此外，金相观察显示，WC相 呈白亮颗粒，而立方相碳化物呈灰白色晶粒。
钴的弥散强化
✓ 适当氧化物的加入能改善钴及钴合金的高温抗蠕变性能。钴在高温下蠕变 抗力的增加是由于氧化物弥散相引起了位错的塞积，从而使位错的攀移受阻， 蠕变速度也就降低了。 ✓ 当钴中含有适量氧化物时，不仅强度得到提高，其塑性也得到显著改善。 弥散相越细，分布越均匀，合金的室温和高温性能就越好。合金塑性的改善 可能是由于弥散相对位错运动有阻碍抑制了钴的α-Co→ε-Co相变。
钴及钴相的强化
钴及钴相强化主要包括合金化和弥散强化等方法控制α-Co→ε-Co相变。 ✓ 钴的合金化： • 当钴中含有1%的Fe、W、Al、Ti、Zr、Nb和Ta时，α相的含量会有不同程度的增加。
• 当钴中有6%的Fe、Ti或10%的Ta时，合金中α相含量超过80%。α相含量的增加一般 均伴有合金强度与延伸率的改善，但也有例外当钴中含有1%的Ni或W时，虽然α相含 量增加，强度和延伸率反而下降；而当含有6%Fe时，虽然合金结构以α相为主，延伸 率大大提高，但强度却有所降低。 • 一般认为，某些合金元素之所以能抑制钴的α→ε相变，增加α-Co相含量。这是因为 这些元素偏聚在钴相内的位错上，有效地提高钴的层错能，从而减少层错宽度，使 h.c.p.结构的相形核发生困难。 • X衍射分析表明，钴相中α-Co相含量比纯钴中的要多，而且钴相中α-Co→ε-Co相变 的转变温度也提高到了750℃左右。因此，钴相中溶解的W和WC对-Co有一定的稳定 作用。
硬质合金中的相：硬质相
✓ WC属于不等轴相，在液相烧结过程中的溶解和析出具有方向性，从而使 得硬质合金中的WC颗粒几何形状大小不一，呈现棱角状。
✓ 棱角的存在导致应力分布极不均匀，引起应力集中，影响硬质合金的韧性。 ✓ 经热处理可改善WC相的棱角结构，例如经过淬火处理，WC在Co的溶解
度增加，而其溶解通常发生在棱角处。
钴中弥散分布的稀土氧化物质点就在一定程度上抑制了α-Co→ε-Co相变， 使钴的强度和塑性得到提高。
γ相晶粒度对合金性能的影响
✓ γ相晶粒越细，合金的抗弯强度越高，且当钴含量越高时越明显，即γ相细化 强化机理。 ✓ 粘结相晶粒度一定时，在低温条件下，WC越细，其蠕变强度越高。相比较， 高温下WC越细，其蠕变强度却越低。 ✓ 无论WC晶粒度多大，在各种温度下合金的蠕变强度均随粘结相晶粒度增大 而提高。
影响硬质合金微观结构的因素
✓ 碳化物相、黏结相的化学成分。 ✓ 碳化物颗粒的大小、形状及其分布状况。 ✓ 碳化物与黏结物的相对比例。 ✓ 各碳化物的相互溶解程度。 ✓ 渗碳和脱碳。 ✓ 扩散或偏析引起的成分和结构变化。 ✓ 整个工艺过程，尤其是球磨、烧结工艺及原料的类型。 ✓ 烧结后涂覆的表面层或扩散层。
稀土氧化物的影响
✓ 当钴基体中含有0.1~1%(wt)CeO2、La2O3、Y2O3弥散质点时，钴的抗拉强 度、硬度和延伸率均得到提高，尤其0.3%CeO2的加入可使抗拉强度和延伸率 分别提高18.7%和80.4%。此外稀土氧化物含量增加的同时，α-Co的含量也 在增加，最多可增加151.8%，这与钴的强度，特别是塑性的改善有密切关系。 ✓ α-Co→ε-Co相变发生时，母相中的层错对形核作用很大。电镜观察也表明， 相的形核是层错在相邻面扩展的结果。 ✓ 当钴中分布有适量的稀土氧化物弥散质点时，一方面质点以安塞尔或奥罗 万机制阻碍位错运动，从而使依赖位错运动的固态相变受阻；另一方面，这 些质点还容易钉扎在各种缺陷上，或占据母相的形变中心，从而减少了潜在 核坯数量，同时还使马氏体胚芽或马氏体片的界面不易迁移。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
WC晶粒度对合金性能的影响
✓ WC晶粒度的增大会导致合金硬度的持续下降；而WC晶粒的增大在一定限度 内会使合金强度增高，过此限度后则会使合金强度下降。 ✓ 这说明为了为什么对普通WC-Co合金，硬度和抗弯强度难以同时兼顾。 ✓ 特殊方法制造的超细晶粒合金的硬度、强度均比相同成分的普通合金高。一 般硬度要高1.5~2HRA硬度值，抗弯强度要高60~80kg/mm2，高温硬度、抗压 强度也高得多。）