新型粘结相板状WC晶粒硬质合金的制备

摘要

板状WC晶粒硬质合金具备比普通硬质合金更高的硬度和韧性，而新型粘结相硬质合金具备比普通硬质合金更低的成本。因此，新型粘结相板状WC晶粒硬质合金作为传统硬质合金的替代材料，有着极其广阔的应用前景。本文采用真空烧结方法制备了板状 WC晶粒硬质合金，通过改善粘结相成分的方式改善了板状WC晶粒硬质合金的力学性能，并探索了机械合金化制备WC粉体的方式对板状WC晶粒硬质合金的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、热分析仪等研究了新型粘结相板状WC晶粒硬质合金成分、制备工艺、显微组织、力学性能之间的关系。
　　首先研究了板状WC晶粒硬质合金在烧结过程中的相变与显微组织的转变，研究了烧结工艺对材料的影响规律，结果表明：在真空烧结过程中随着真空烧结温度的增大及保温时间的延长，硬质相颗粒均不断长大，颗粒长厚比呈现先增大后减小的趋势；随着升温速率的下降，颗粒长厚比逐渐提高。当烧结温度为1400℃、保温时间为60min、升温速率为2℃/min时，其综合力学性能最优，硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为：91.3HRA、2676MPa、31.4MPa·m1/2。
　　研究了粘结相成分中的Ni与Co的相对比例、Fe含量及Cr含量对材料的影响规律，结果表明：当Ni/Co比为3/7及5/5时，硬质合金硬质相颗粒尺寸较小，长厚比较大，力学性能较好；当Ni/Co比增大到7/3及10/0时，硬质相颗粒粗化长厚比降低，力学性能下降。当Ni/Co比为5/5时，硬质合金的综合力学性能最优，其抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为：2448MPa、90.0HRA、21.2 MPa·m1/2。随着粘结相中Fe含量的增加，硬质相颗粒尺寸持续增大，颗粒长厚比在Fe/(Fe+Ni+Co)比小于0.2时较大，当Fe/(Fe+Ni+Co)比达到0.5时明显降低。其硬度、抗弯强度、断裂韧性均呈现先增大后减少的趋势，当 Fe/(Fe+Ni+Co)比为0.05时综合力学性能最优，其硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为90.6HRA、2497MPa、26.7MPa·m1/2。当Cr/(Cr+Ni+Co)比为0.05时，其力学性能与不加Cr的硬质合金最终烧结体变化不大，而当Cr/(Cr+Ni+Co)比达到0.1时，对力学性能造成了明显的损害。
　　最后研究了W-C体系机械合金化过程及球磨过程中的球磨时间对混合粉末的影响。当球磨时间为96h时，成功的实现了WC的合成。其中在球磨的中期(12h~24h)及后期(48h~96h)的颗粒尺寸明显下降。研究了以机械合金化方式制备 WC粉体经模压成型与烧结对材料的影响规律，结果表明：其硬质相颗粒显微组织也有一定程度的细化，但组织分布并不均匀，硬度基本保持不变，抗弯强度有所下降，断裂韧性有一定的提高。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 板状WC晶粒硬质合金的发展概况

1.3板状WC晶粒硬质合金制备技术研究进展

1.4新型粘结相硬质合金的研究现状

1.5本文研究目的和意义

1.6 本文技术路线

第二章 试验材料的制备及表征

2.1引言

2.2实验材料的成分设计

2.3实验材料的制备流程

2.4 实验材料的测试与分析

第三章 板状WC晶粒硬质合金真空烧结工艺研究

3.1 引言

3.2 试验方法

3.3硬质合金烧结过程中的相变

3.4 液相烧结温度对硬质合金显微组织及力学性能的影响

3.5 液相烧结保温时间对硬质合金显微组织及力学性能的影响

3.6 固相烧结阶段升温速率对硬质合金显微组织及力学性能的影响

3.7 板状WC晶粒硬质合金真空烧结工艺的确定

3.8 本章小结

第四章 粘结相成分对板状WC晶粒硬质合金组织和性能的影响

4.1引言

4.2 试验方法

4.3 粘结相中的Ni/Co比对板状WC晶粒硬质合金组织与性能的影响

4.4 粘结相中的Fe含量对板状WC晶粒硬质合金组织与性能的影响

4.5 粘结相中的Cr含量对板状WC晶粒硬质合金组织与性能的影响

4.6 本章小结

第五章 机械合金化工艺对板状WC晶粒硬质合金组织和性能的影响

5.1 引言

5.2 试验方法

5.3 W-C系的机械合金化

5.4 机械合金化方式制备WC粉体工艺对合金组织和性能的影响

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文主要结论

6.2 全文创新之处

6.3 展望

参考文献

致谢

硕士期间取得的科研成果