无粘结剂WC的放电等离子烧结工艺研究

发布时间：2020-07-01 17:54

【摘要】：与WC-Co硬质合金相比,无粘结剂烧结WC硬质合金具有更高的硬度、耐磨性和抗氧化性,适用于高硬度、高耐磨性要求的场合,如消防高压喷嘴等特耐磨零件。放电等离子烧结(SPS)具有烧结温度低、活化粉末表面、晶粒度小等优点,是无粘结剂WC硬质合金烧结的有效手段。本工作对无粘结剂WC硬质合金的SPS烧结工艺进行系统研究和优化,以获得性能优异的无粘结剂WC硬质合金材料。(1)实验采用添加C来减少或消除高温烧结WC时伴随出现的杂质相W2C,采用高能球磨制备了WC-x wt.%C复合粉末并进行SPS烧结,研究C添加量对烧结合金物相的影响。实验表明:当C添加量为0.65 wt.%时,合金中的杂质相W2C消失,获得WC纯相。(2)在此基础上,选择WC-0.63 wt.%C合金粉末进行SPS烧结工艺参数对无粘结剂WC硬质合金烧结性能的影响研究。研究烧结温度、烧结压力及烧结时间对材料的相对密度、维氏硬度和晶粒尺寸的影响,结果表明:材料的相对密度、维氏硬度和晶粒尺寸对烧结温度敏感,它们随烧结温度的增加而明显的增加;而对烧结压力、烧结时间变化较缓慢。经工艺优化,综合力学性能较好的工艺条件是:烧结温度为1800℃、烧结压力为70MPa、烧结时间6min,得到合金的相对密度、维氏硬度、晶粒度、KIC和抗弯强度分别为99.1%、27.5GPa、396 nm,4.5 MPa m1/2和1280MPa。(3)实验在合金粉末中添加微量Cr3C2及V8C7,以抑制WC晶粒长大,提高材料的断裂韧性,实验制备了无粘结剂WC-0.63 wt.%C-x wt.%Cr3C2及WC-0.63 wt.%C-x wt.%V8C7两个系列的SPS合金样品并研究了抑制剂对材料的物相、晶粒度及机械性能的影响,烧结温度1800℃,烧结压力70MPa,烧结时间6min。结果表明:在SPS烧结过程中Cr3C2转变成Cr C而V8C7保持不变;适当的添加量可以获得最小的晶粒度,Cr3C2的最佳添加量为0.7 wt.%,得到合金样品的WC晶粒尺寸、硬度、KIC、抗弯强度分别为327nm、26.73GPa、5.87 MPa m1/2和1098MPa,与未添加抑制剂样品相比,硬度降低2.8%,但晶粒尺寸减小17%、KIC提高了30%。V8C7的最佳添加量为1.5 wt.%,得到合金样品的WC晶粒尺寸、硬度、KIC、抗弯强度分别为298nm、26.62GPa、6.90 MPa m1/2、950MPa,与未添加抑制剂样品相比,硬度降低3.2%,但晶粒尺寸减小24%、KIC提高52%。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF125.3;TF124.5
【图文】：

放电等离子烧结,工作原理图,样品

无粘结剂 WC 的放电等离子烧结工艺研究11图2-1 放电等离子烧结系统的工作原理图2.3 WC 硬质合金的性能表征2.3.1 密度测试采用阿基米德原理测定WC硬质合金样品的密度，公式如下：21WC1 2H Omm m (2-1)其中m1为WC样品在空气中的质量，m2为WC样品悬浮在水中的质量，水的密度用比重瓶测出，实验中的纯净水是用陶氏水处理设备工程有限公司生产的实验室纯水设备制备。为了便于不同系列的WC样品之间致密程度的比较，用相对密度作为衡量WC样品的烧结致密程度。WC样品的相对密度是实验测量密度与理论密度的比值，考虑WC样品中含有少量W2C（大约为1.0 wt.%），因此，WC样品的理论密度用复合材料的密度计算原理来计算

分析图,维氏硬度,压痕

痕变形的度量单位。维氏硬度试验的精度高，重复性好，可比性高，因为不同的试验力测出的维氏硬度值都相同。维氏硬度值等于作用在测试样品上的试验力与测试样品上压痕表面积的比值，实际测试中的维氏硬度压痕如图2-2所示。计算公式如下：2 21362FsinF 0.18912H 0.102 = 0.102FVA d d (2-3)式中 0.102 — 试验力单位由kgf更换为N后需要乘以的系数，即1/g = 0.102（g为标准重力加速度）；F — 试验力(N)；A — 压痕表面积(mm2)；d — 压痕对角线的平均长度(mm)，d=(d1+d2)/2，d1、d2是测量的两对角线长度值，即图2-3中的AC和BD的长度。图2-2 维氏硬度压痕图2-3 维氏硬度压痕法分析图WC合金试样进行维氏硬度测试前，要先对WC试样进行研磨抛光处理，得到平整的镜面。实验中用到沈阳科晶公司生产的磁性树脂金刚石研磨片，粒度分别为800#、1500#、3000#。将切割机切下来的WC试样在精密研磨抛光机上抛光

【参考文献】