超细晶WC-8Co系硬质合金刀具材料制备及工艺研究

论文摘要

高硬度、高韧性的超细WC-Co硬质合金是现代制造业重要的加工刀具材料。目前纳米WC-Co硬质合金粉体的制备技术虽然已经比较成熟,但是超细粉体在烧结过程中极易发生晶粒长大,如何在烧结过程中有效地抑制晶粒长大,成为制备超WC-Co硬质合金的一个关键问题。本论文首先研究高能球磨制备纳米WC-8Co复合粉末,优化球磨工艺参数,然后详细研究了复合抑制剂（VC、Cr3C2、TaC、Y2O3含量）、原料WC总碳量、真空烧结温度和烧结工艺对WC-8Co硬质合金性能的影响,最后分析了烧结工艺制备的WC-8Co硬质合金材料的断裂方式。实验结果表明,在影响粉体细化效果和粒径均匀性的各个因素中,球磨时间和球料比是影响实验结果的关键因素。通过SEM形貌观察结果选取了优化的球磨工艺。试验设计的四种复合抑制剂配方成分的粉末烧结制备的合金WC晶粒细小,合金矫顽磁力均在42.0KA·m-1以上,远高于相同成分的普通硬质合金。对WC-8Co硬质合金的真空烧结工艺的研究发现,原料WC总碳量和烧结温度对合金性能的影响非常显著。合金的物相分析发现,原料WC总碳量为6.16%、6.19%时,合金组织中含脱碳”相；总碳量为6.24%时,合金组织中出现小量石墨相。在烧结温度1390℃,保温时间80min的工艺条件下真空通Ar烧结工艺制备的WC-8Co硬质合金样品具有良好的综合性能,硬度93.8HRA,抗弯强度2290MPa,合金的晶粒细小,平均WC晶粒尺寸为0.45um。真空通Ar烧结工艺制备的合金WC晶粒细小,以WC-粘结相的沿晶断裂方式为主,热等静压烧结制备的合金则为WC晶粒的穿晶断裂和WC/WC晶界的沿晶断裂两种断裂方式共存。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 硬质合金简介
• 1.2 硬质合金工业发展史
• 1.3 传统超细硬质合金的研究状况
• 1.3.1 国外超细硬质合金的研究进展
• 1.3.2 我国超细硬质合金的研究进展
• 1.4 超细硬质合金粉体的制备工艺
• 1.4.1 超细/纳米WC粉末、WC-Co复合粉体的制备技术
• 1.4.1.1 机械合金化（Mechanical Alloying,MA）
• 1.4.1.2 原位渗碳还原法（In-situ Carburizing Reduction,ICR）
• 1.4.1.3 直接还原碳化技术
• 1.4.1.4 固定床反应法
• 1.4.1.5 气相碳化法
• 1.4.1.6 等离子体法
• 1.5 超细硬质合金的成型技术
• 1.5.1 普通金属模具压制成形工艺
• 1.5.2 冷等静压成形工艺（CIP）
• 1.5.3 注射成形工艺（PIM）
• 1.5.4 温压工艺（PM）
• 1.5.5 粉末冶金高速压制技术（HVC）
• 1.5.6 粉末挤压成形
• 1.6 超细硬质合金的烧结技术
• 1.6.1 真空烧结（Vacuum Sintering,VS）
• 1.6.2 氢气烧结
• 1.6.3 热等静压烧结（Hot isostatic pressing sintering,HIP）
• 1.6.4 微波烧结（Microwave Sintering,MS）
• 1.6.5 放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering,SPS）
• 1.6.6 二阶段烧结法
• 1.7 硬质合金晶粒长大抑制剂
• 1.7.1 晶粒长大抑制剂的抑制机理
• 1.7.2 晶粒长大抑制剂的加入方式
• 1.7.3 晶粒长大抑制剂的特点
• 1.7.4 稀土对硬质合金的强韧化作用
• 1.8 课题来源与论文研究目的、意义及主要内容
• 1.8.1 课题来源
• 1.8.2 研究目的与意义
• 1.8.3 研究内容
• 2 试验方法和技术路线
• 2.1 实验原料
• 2.2 硬质合金的制备
• 2.3 硬质合金性能的表征和测量方法
• 2.3.1 密度和致密度
• 2.3.2 合金线收缩率的测定
• 2.3.3 硬度
• 2.3.4 抗弯强度（Transverse rupture strength,TRS）
• 2.3.5 硬质合金孔隙和非化合碳
• 2.3.6 金相（Metallography）
• 2.3.7 断口形貌分析
• 2.3.8 硬质合金的磁学性能
• 2.3.8.1 钴磁（Cobalt magnetic,Com）
• 2.3.8.2 矫顽磁力（Coercivity,Hc）
• 2.4 硬质合金成分检测
• 2.5 YG8超细硬质合金制备技术路线
• 3 超细YG8硬质合金球磨工艺和成形工艺的研究
• 3.1 WC-8Co复合粉末的制备工艺研究
• 3.1.1 WC-8Co复合粉末的球磨方案的确定
• 3.1.2 超细WC-8Co复合粉末的球磨工艺研究
• 3.1.2.1 超细YG8硬质合金添加剂球磨工艺研究
• 3.1.2.2 超细YG8复合粉末球磨工艺研究
• 3.2 超细YG8硬质合金成形工艺研究
• 3.2.1 成形方式对硬质合金性能的影响
• 3.2.1.1 成形方式对硬质合金收缩率的影响
• 3.2.1.2 成形方式对硬质合金相对密度的影响
• 3.2.1.3 冷等静压后硬质合金断口分析
• 3.2.1.4 冷等静压工艺对硬质合金硬度的影响
• 3.2.2 成形压力对硬质合金性能的影响
• 3.3 本章小结
• 4 超细YG8硬质合金烧结工艺研究
• 4.1 超细YG8硬质合金烧结工艺的确定
• 4.1.1 真空烧结工艺
• 4.1.2 通Ar真空烧结工艺（VS）
• 4.1.3 热等静压烧结工艺（HIP）
• 4.2 超细YG8硬质合金烧结温度的确定
• 4.2.1 合金密度、致密度与烧结温度的关系
• 4.2.2 烧结温度对合金矫顽力和钴磁的影响
• 4.2.3 烧结温度对合金显微结构的影响
• 4.2.4 本节小结
• 4.3 超细YG8硬质合金配方成分的确定
• 4.3.1 超细YG8硬质合金复合抑制剂配方成分的确定
• 4.3.1.1 复合抑制剂中TaC对合金密度的影响
• 4.3.1.2 复合抑制剂中TaC对合金硬度和抗弯强度的影响
• 4.3.1.3 复合抑制剂中TaC对合金矫顽力和磁饱和强度的影响
• 4.3.1.4 合金显微结构
• 4.3.1.5 本节小结
• 4.4 碳量控制
• 4.4.1 烧结合金的物相分析
• 4.4.2 碳含量对合金密度的影响
• 4.4.3 碳含量对合金钴磁的影响
• 4.4.4 碳含量对合金硬度和抗弯强度的影响
• 4.4.5 本节小结
• 4.5 烧结工艺对超细YG8硬质合金性能的影响
• 4.5.1 烧结工艺对硬质合金组织成分的影响
• 4.5.2 烧结工艺对硬质合金密度和致密度的影响
• 4.5.3 烧结工艺对硬质合金钻磁和矫顽磁力的影响
• 4.5.4 烧结工艺对硬质合金硬度和抗弯强度的影响
• 4.5.5 烧结工艺对硬质合金显微组织的影响
• 4.5.6 硬质合金断口形貌观察
• 4.5.7 本节小结
• 4.6 本章小结
• 5 全文结论与展望
• 5.1 全文结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢