添加剂对超、特粗晶硬质合金及其Co粘结相微观结构和性能的影响

论文摘要

按照硬质合金行业领先企业Sandvik公司的分类标准,分别将合金中WC晶粒度为3.5～4.9μm、5.0～7.9μm、8.0～14μm的硬质合金定义为粗晶粒、超粗晶粒和特粗晶粒硬质合金。在Co含量相同的条件下,与传统的中、粗晶硬质合金相比,超粗晶、特粗晶硬质合金具有极高的热导率,较好的抗热疲劳与抗热冲击性能,主要用于极端工况条件下软岩的连续开采（如采煤、地铁与隧道建设）与现代化公路、桥梁的连续作业（如挖路、铺路）,以及冲压模、冷镦模、轧辊等领域。超粗晶、特粗晶硬质合金有着良好的市场前景,而关于超粗晶、特粗晶硬质合金的研究,目前国内尚处于起步阶段。以费氏粒度32.1μm的WC粉为原料,Cr3C2、VC及RE（混合稀土）为添加剂,通过低压烧结工艺制备了5组不同成分的超、特粗晶硬质合金,分别为WC-8.4Co、WC-8.4Co-0.4Cr3C2、 WC-8.4Co-0.4Cr3C2-0.05RE、WC-8.4Co-0.4VC、WC-8.4Co-0.4VC-0.05RE,研究了添加Cr3C2、VC以及RE对合金微观组织结构和物理力学性能的影响,并对合金Co粘结相的微观组织结构和添加元素在Co粘结相中的分布规律进行了研究。主要研究结果如下：1.5组合金的WC平均晶粒度均在7μm以上,孔隙度均≤A02B00C00,即合金中10μm以下的孔洞体积分数小于0.2%,没有大于25μm的孔洞。在特粗晶与超粗晶合金体系中,VC依然表现出较强的抑制合金晶粒生长的特性,使合金中WC晶粒大小出现明显两极分化现象；Cr3C2对WC晶粒生长的抑制效果明显弱于VC,Cr3C2的加入可使合金依然保持微观组织结构均匀、WC晶粒粗大的特性。2.Cr3C2的加入不会导致合金韧性的明显降低,而VC的加入会显著降低合金韧性。Cr3C2的加入可显著提高合金中Co粘结相纳米压痕硬度,VC的加入可改善Co粘结相纳米压痕硬度；Co粘结相弹性模量对合金成分变化不敏感。3.微量混合稀土RE对V和Cr在合金中的作用行为影响不显著。因晶粒粗大,矫顽磁力与硬度对合金成分变化不敏感。4.在添加量为0.4wt%的条件下,超过90%的Cr固溶在合金Co粘结相中,仅有27%的V固溶在合金Co粘结相中；与没有添加剂的合金相比,添加Cr后合金Co粘结相的晶格常数增大,添加V后合金Co粘结相的晶格常数减小,微量混合稀土RE对Co粘结相晶格常数影响不明显；不含V合金的Co粘结相骨架孔壁平整,含V合金的Co粘结相骨架孔壁呈现明显的生长台阶,此结构特征很可能与VC显著降低超粗晶硬质合金断裂韧性相关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 硬质合金与硬质合金分类标准简介
• 1.2 超、特粗晶硬质合金的应用背景
• 1.3 超、特粗晶硬质合金的发展概况
• 1.4 粗晶硬质合金与其原材料的制备
• 1.4.1 粗颗粒WC粉末的制备
• 1.4.2 混合料的制备
• 1.4.3 粗晶硬质合金的烧结
• 1.5 添加剂在WC-Co硬质合金中的作用
• 1.6 实验的研究目的与内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验原料与设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验过程
• 2.3 分析与检测
• 第三章 Cr、V、RE对超、特粗晶硬质合金微观结构与性能的影响
• 3.1 Cr、V、RE对超、特粗晶硬质合金微观组织结构的影响
• 3.2 Cr、V、RE对超、特粗晶硬质合金物理力学性能的影响
• 3.3 Cr、V、RE对硬质合金Co粘结相纳米压痕力学性能的影响
• 3.3.1 纳米压痕测试原理
• 3.3.2 Co粘结相纳米压痕测试结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 Cr、V、RE对超、特粗晶硬质合金Co粘结相微观结构与成分的影响
• 4.1 Cr、V、RE对超、特粗晶硬质合金Co粘结相微观结构的影响
• 4.2 Cr、V、RE对超、特粗晶硬质合金Co粘结相成分的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 参加的研究项目