碳化烧结一步法制备WC-Co硬质合金

摘要

WC-Co硬质合金是目前工业上应用较为广泛的工、模具材料，提高其力学性能和简化制备工艺一直是硬质合金研究的热点。本文首先综述了WC-Co硬质合金的发展历程、制备工艺和合金组织与性能的最新研究进展。然后，尝试以介质阻挡放电等离子体（DBDP）球磨的W-C-Co粉体为原料，压制成生坯后，在真空下进行一步法碳化烧结制各WC-Co硬质合金。在此基础上，进一步探索了低压烧结一步法制备WC-Co硬质合金的工艺。最后，尝试了粉体制备的放大化及对合金组织和性能的影响，并对以DBDP球磨的粉体为原料、通过一步法制备出的合金具有特殊组织和较高力学性能的原因进行了研究。
　　 研究发现，以DBDP球磨的W-C-Co混合粉体为原料，在1380℃保温1小时，可以在真空下通过一步法制备出无缺碳相的WC-Co硬质合金。合金的致密度随着烧结气氛压力的降低而提高，气氛压力为10-4MPa时，制得的合金相对密度最高，达到99％。当补碳7．5wt％时，得到合金的含碳量趋于平衡。制得的合金中WC呈板状，且局部排列具有定向性，表现为：板状基面大多数平行于合金的横截面，板状的厚度方向大多数平行于合金的纵截面。尽管合金局部还存在着Co池，其横截面抗弯强度（TRS）达到了1520MPa，硬度为HRA90．0。
　　 通过低压烧结一步法制备WC-Co硬质合金时发现，达到液相烧结温度后，先在真空下保温一段时间，再通入气体加压有利于得到致密的硬质合金。在1340℃、4MPa氩气下低压烧结，制备的WC-Co硬质合金具有均匀的Co相分布和较高的力学性能，其TRS达到2955MPa，硬度达到HRA91．0。合金中WC的形状和排列方式与真空烧结后的合金组织相似。分析表明，这种板状WC叠加排列减少了合金中发生WC穿晶断裂的可能性，从而使得本研究制备的WC-Co硬质合金具有较高TRS。
　　 当球粉比从50：1降为15：1时，以DBDP球磨6h的W-C-Co混合粉末为原料，在1380℃通过低压碳化烧结一步法仍能制备出TRS达2040MPa、硬度达HRA90．4的合金，且合金TRS值较为集中。当以普通球磨或工业混粉代替DBDP球磨后，合金TRS分别降为1225MPa和968MPa，且TRS值比较分散。研究表明，合金中WC的组织形态与球磨条件、DBDP球磨和一步法碳化烧结的新工艺有关：一步法制备的WC-Co硬质合金中WC呈更多的板状；但以工业混粉为原料制备的WC-Co硬质合金中，板状WC更厚，排列显示出较大的随机性，而以DBDP球磨和普通球磨对粉末进行处理后，制备的WC-Co硬质合金中WC板状更薄，取向性更明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 硬质合金的发展历程及工业应用

1.2 硬质合金的制备工艺

1.2.1 硬质合金粉体的制备技术

1.2.2 硬质合金粉末成形技术

1.2.3 硬质合金的烧结

1.2.4 硬质合金制备的新技术

1.3 WC—Co硬质合金的显微组织及力学性能

1.3.1 WC—Co硬质合金的相组成

1.3.2 WC—Co硬质合金的显微组织与力学性能

1.4 论文的研究目的、意义及内容

1.4.1 研究目的与意义

1.4.2 研究内容

第二章 实验方法

2.1 样品的制备

2.1.1 粉体的制备

2.1.2 粉体的压制成形

2.1.3 生坯的碳化烧结

2.1.4 烧结样品的磨制

2.2 组织结构分析

2.3 密度测试与致密度的计算

2.4 力学性能的测试

2.4.1 硬度测试

2.4.2 横向断裂强度(TRS)测试

2.5 差示扫描量热分析(DSC)

第三章 真空下碳化烧结一步法制备WC—Co硬质合金

3.1 试验内容

3.2 试验结果及分析

3.2.1 真空下碳化烧结一步法制备WC—Co硬质合金的工艺优化

3.2.2 合金含碳量的调整

3.2.3 真空碳化烧结制备的WC—Co硬质合金的显微组织与力学性能

3.3 本章小结

第四章 低压下碳化烧结一步法制备WC—Co硬质合金

4.1 试验内容

4.2 试验结果及分析

4.2.1 加压方式对合金致密化的影响

4.2.2 低压烧结制备的WC—Co硬质合金的组织与性能

4.3 本章小结

第五章 球磨条件对一步法制备WC—Co硬质合金的影响

5.1 试验内容

5.2 试验结果及分析

5.2.1 低球粉比下球磨工艺和烧结工艺的优化

5.2.2 球磨方式对WC—Co硬质合金性能的影响

5.2.3 球磨方式对WC—Co硬质合金组织的影响

5.3 本章小结

全文总结与工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢