放电等离子烧结WC-6wt.%Co-VC超细晶硬质合金力学性能和微观组织研究

发布时间：2021-03-27 00:10

　　碳化钨（Tungsten carbide,WC）基超细晶硬质合金由于其良好的综合力学性能而成为制备高性能金属切削刀具的理想材料。为了获得WC基超细晶硬质合金和进一步提高其力学性能,采用放电等离子烧结技术制备了不同碳化钒（VC）含量的WC-6wt.%Co超细硬质合金,系统分析了碳化钒含量和放电等离子烧结温度对WC基超细晶硬质合金性能的影响。研究结果表明:WC晶粒平均尺寸随着VC含量增加而减小,但致密度、维氏硬度和断裂韧性随着VC含量增加而降低;当VC含量为0.2wt.%时,WC-6wt.%Co硬质合金在1 250℃烧结温度下具有最好的综合力学性能,其致密度、维氏硬度、WC晶粒平均尺寸和断裂韧性分别为98.4%、22.21 GPa、247 nm和10.43 MPa·m^1/2。 

【文章来源】：南京理工大学学报. 2020,44(05)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

原始粉末扫描电镜图

VC含量对WC-6wt.%Co硬质合金相对致密度的影响如图2所示。由图2可知,随着VC含量的增加WC-6Co硬质合金材料的致密度下降。不同VC含量时WC-6Co硬质合金断面形貌和XRD如图3所示。由图3可知,随着VC含量升高,材料内部的气孔逐渐增多,这进一步反映了随着VC含量的增加硬质合金的致密度减小。由图3(f)可知,不同VC含量下WC-6Co硬质合金的物相组成中并没有生成新的物相,硬质合金各组分间的化学相容性良好。这主要是因为VC的质量分数较低,其密度约为WC的33%,VC颗粒加入后使混合物料的体积增大,原本可以足够填充到WC颗粒间的液相Co因混合物料体积变大而不能完全填充到各颗粒间,因此会在硬质合金内部出现孔隙,造成致密度下降。另外,由于VC与黏结相Co的润湿性相对WC颗粒与Co的润湿性较差。在1 430 ℃时WC与Co间的润湿角为0°,而在此温度下VC与Co之间的润湿性为13°。图3 不同VC含量时WC-6Co硬质合金断面形貌及XRD图

图2 VC含量对硬质合金致密度的影响图4为不同VC含量时WC-6Co硬质合金中WC晶粒尺寸统计平均尺寸。由图4可知,随着VC含量的增加WC晶粒尺寸逐渐减小,当VC含量超过0.8wt.%时,抑制晶粒长大的效果最明显。当VC含量为1.0wt.%时,WC的平均晶粒尺寸达到最小,约为210 nm,但是此刻的硬质合金致密度最低(如图1所示),从图3(e)中可以观察到大量的孔洞。对于VC抑制WC晶粒长大的原理,目前还没有统一的解释。经过分析认为由于VC的加入,一方面改变了Co在材料中的分布状态,使WC粉末与Co接触减少从而减弱了WC溶解-析出的过程,进而避免了WC颗粒的异常长大;另一方面VC容易在WC晶界处产生偏析,阻碍了WC界面的迁移从而减小了WC颗粒发生聚集长大的可能。图5为VC含量对硬质合金断裂韧性和维氏硬度的影响。由图5可知,硬质合金的维氏硬度和断裂韧性随着VC含量的增加而减小。


本文编号：3102497