新型粘结相板状WC晶粒硬质合金的制备

发布时间：2017-09-25 05:01

  本文关键词：新型粘结相板状WC晶粒硬质合金的制备

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【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。
【关键词】：板状WC晶粒硬质合金 新型粘结相 显微组织 力学性能 机械合金化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG135.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 引言13
• 1.2 板状WC晶粒硬质合金的发展概况13-17
• 1.2.1 板状WC晶粒硬质合金的特点13-14
• 1.2.2 板状WC晶粒硬质合金的发展14-15
• 1.2.3 板状WC晶粒硬质合金的应用15-17
• 1.3 板状WC晶粒硬质合金制备技术研究进展17-19
• 1.3.1 利用烧结过程中WC粉末的异常晶粒长大17
• 1.3.2 利用合成WC孪晶来制备板状WC晶粒17-18
• 1.3.3 以“W +石墨+Co”混合粉为原料制备18-19
• 1.3.4 以“CoxWyCz化合物+C”混合粉为原料制备19
• 1.4 新型粘结相硬质合金的研究现状19-24
• 1.4.1 镍基粘结金属19-21
• 1.4.2 铁基粘结金属21-23
• 1.4.3 金属间化合物23-24
• 1.5 本文研究目的和意义24-25
• 1.6 本文技术路线25-26
• 第二章 试验材料的制备及表征26-31
• 2.1 引言26
• 2.2 实验材料的成分设计26-28
• 2.3 实验材料的制备流程28
• 2.3.1 硬质合金的制备工艺流程28
• 2.3.2 真空烧结工艺28
• 2.4 实验材料的测试与分析28-31
• 2.4.1 差热分析28
• 2.4.2 物相分析28-29
• 2.4.3 显微组织形貌及成分分析29
• 2.4.4 力学性能测试29-30
• 2.4.5 硬质相平均晶粒尺寸、长厚比及平均邻接度的统计30-31
• 第三章 板状WC晶粒硬质合金真空烧结工艺研究31-49
• 3.1 引言31
• 3.2 试验方法31
• 3.3 硬质合金烧结过程中的相变31-34
• 3.3.1 真空烧结过程中的物相分析31-33
• 3.3.2 真空烧结过程中的热分析33-34
• 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34-38
• 3.4.1 烧结温度对硬质合金显微组织的影响34-37
• 3.4.2 烧结温度对硬质合金力学性能的影响37-38
• 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38-42
• 3.5.1 保温时间对硬质合金显微组织的影响38-41
• 3.5.2 保温时间对硬质合金力学性能的影响41-42
• 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42-47
• 3.6.1 固相烧结升温速率对硬质合金显微组织的影响42-45
• 3.6.2 固相烧结升温速率对硬质合金力学性能的影响45-47
• 3.7 板状WC晶粒硬质合金真空烧结工艺的确定47-48
• 3.8 本章小结48-49
• 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49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 试验方法49
• 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49-53
• 4.3.1 Ni/Co比对硬质合金相成分的影响49-50
• 4.3.2 Ni/Co比对硬质合金显微组织的影响50-52
• 4.3.3 Ni/Co比对硬质合金力学性能的影响52-53
• 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53-57
• 4.4.1 Fe含量对硬质合金相成分的影响53-54
• 4.4.2 Fe含量对硬质合金显微组织的影响54-55
• 4.4.3 Fe含量对硬质合金力学性能的影响55-57
• 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57-60
• 4.5.1 Cr含量对硬质合金相成分的影响57-58
• 4.5.2 Cr含量对硬质合金显微组织的影响58-59
• 4.5.3 Cr含量对硬质合金力学性能的影响59-60
• 4.6 本章小结60-61
• 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61-70
• 5.1 引言61
• 5.2 试验方法61-62
• 5.3 W-C系的机械合金化62-65
• 5.3.1 W-C系机械合金化过程中的物相变化62-64
• 5.3.2 W-C系机械合金化过程中的显微组织变化64-65
• 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65-69
• 5.4.1 机械合金化制备WC粉体工艺对硬质合金显微组织的影响65-67
• 5.4.2 机械合金化制备WC粉体工艺对硬质合金力学性能的影响67-68
• 5.4.3 机械合金化制备WC粉体工艺对硬质合金断口形貌的影响68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 全文总结与展望70-73
• 6.1 全文主要结论70-71
• 6.2 全文创新之处71
• 6.3 展望71-73
• 参考文献73-80
• 致谢80-81
• 硕士期间取得的科研成果81

【参考文献】

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本文编号：915481