硬质合金烧结实验
硬质合金的烧结工艺
硬质合金的烧结工艺 Revised by Chen Zhen in 2021硬质合金烧结工艺硬质合金是由各种碳化物和铁族元素组成，例如WC-Co、WC-TiC-TaC-NbC-Co或是TiC-MoC-Ni。
这些材料的典型特点就是，通过液相烧结可以达到几乎100%理论密度，烧结后，低的残余孔隙度是成功应用硬质合金于金属切削、石油开采钻头或者金属成形模具等高应力使用工况的关键。
此外，必须仔细控制烧结工艺，以获得希望的显微组织和化学成分。
在很多应用场合，硬质合金都是以烧结态应用的。
烧结态合金表面经常承受条件苛刻的摩擦和应力，在大多数的切削金属应用中，刀头表面的磨耗深度只要超过0.2~0.4mm,工具就被判定报废，所以，提高硬质合金的表面性能是相当重要的。
烧结硬质合金的两种基本方法：一种是氢气烧结——在氢气中与常压下通过相反应动学来控制零件成分，另一种是真空烧结——采用真空环境或降低环境气体压强，通过减缓反应动力学来控制硬质合金成分。
真空烧结有着更为广泛的工业应用。
有时，还采用烧结热等静压和热等静压，这些技术都对硬质合金的生产有着重要的影响。
氢气烧结：氢气是还原性的气氛，但当氢气与烧结炉壁或承载装置发生反应时会改变其他成分，提供合适的碳化势以维持与硬质合金的热力学平衡。
在传统的硬质合金烧结中，要将混合料中的碳化物的含碳量调节到理论值，并在整个氢气烧结过程中维持这个值不变。
例如，烧结94WC-6CO硬质合金时，入炉时，碳含量为5.70~5.80%（质量分数），出炉时，则要维持在5.76+0.4%氢气烧结工艺的气氛控制能力对于钨钴类硬质合金来说是足够的，但是对于切钢工具用含碳化钛碳化钽或碳化铌的合金来说，气氛的氧化势太高，导致合金的成分变化，通常用真空烧结来减低这些，合金氧化物的含量，氢气烧结一般用机械推舟的方式，通过连续烧结来完成，可用一个单独的预烧炉除去润滑剂防止挥发物污染后的高烧结过程。
预烧结还可以调高生胚强度，使能对其进行粗切削加工，例如，进行车削和钻孔，预烧结温度在500~800摄氏度间，这主要取决于润滑剂除去的是否彻底及所需生胚强度。
烧结制备含Ti功能梯度硬质合金的研究进展
Ｌ７ ２ Ｎｏ ４ ．
硬 质 合 金
ＣＥＭＥＮＴ ＥＤ ＲＢＩ Ｑ ＤＥ
２１ ０ ０年 ８月
Ａｕ ．２ １ ｇ ００
船
． ｛ 合 评 述 Ｉ综
蒂 带 带 带
ｄｉ１．９ ９ ．ｓ． ０ － ２ ２ ０ ０ ４０ ｏ：０３６ ０ｉ ｎ１ ３ ７ ９ ． １． ．１ ｓ ０ ２ ０ １
ａ ｄ ｈｇ ｅ ． ｉｃ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｐ ｒ ｒ ｎ ｕ ｄ ｗｉ ａｉ ｔ ｆｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｆ ｎ ｔ ｎ ｌ ｒ ｄ ｄ ｃ ｍｅ ｔｄ ｃ ｒ ｉ ｅ ｉ ｔ ・ ｎ ｉ ｈ ｒ Ｓ ｎ ｅ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ａ ｔ ａ ｅ ｅ ｄ ｅ ｔ ａ ｖ ｒｅ ｏ ｒｐ ｒ ｅ ， ｕ ｃｉ ａｌ ｇ ａ ｅ ｅ ｎ ｅ ａ ｂ ｄ ｓＳｌ ｓ ｈ ｙ ｉ ｏ ｙ Ｃ ｃ ｓｆ ｌ ｓ ｄ ｉ ｈ ｅｄ ｏ ｄ ｓ ｉｌｔｃ ｎ ｌｇ ． ｈ ｄ ａ ｃ ｎ ｔ ａ ｉ ｍ－ ｏ ｔｉ ｉ ｇ ｆ ｎ ｔ ｎ ｌ ｒ ｄ ｄ ｃ ｍｅ ｔ ｄ ｃ ｒ ｅ ｓｕ ｙ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｌ ｉ ｕ ｔ ａ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｔ ｅ ａ ｖ ｌ ｉ ｆ ｎ ｒ ｅ ｎ ｅ ｉ ｉ ｎ ｕ ｃ ｎ ａｎ ｎ ｕ ｃ ｉ ａｌ ｇ ａ ｅ ｅ ｎ ｅ ａ － ｔ ｏ ｙ ｂ ｄ ｒｐ ｒ ｄ ｂ ｉｔ ｒ ｇ ｉ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ｒ ｓ ｓ ｍｍａ ｉｅ ．Ｓ ｍｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｕ ｔ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｓ ｃ ｓ ｔ ｅ ｉ ｅ ｐ ａ ｅ ｙ ｓｎ ｅ ｉ ｎ ｄｆ ｒ ｔａｍｏ ｐ ｅ ｉ ｕ ｅ ｎ ｅ ｅ ｒｚ ｄ ｏ ｅ ｒ ｈ ｒ ｓ ｌ ａ ｏ ｎ ｂ ｄ ｕ ｈ ａ ｅ ｓ ｏ ｈ
ｉ ｚ ｔ ｎ． ｔｍｉａ ｏ ｉ
纳米WC-10Co硬质合金粉末的低压烧结
硬 质合金 是 由一 种 或 多 种 高 硬度 、 模 量 的 碳 高 化 物 （ ＷＣ， Ｃ等 ） 如 Ｔｉ 与过 渡 族 的 金 属 或 合 金 （ 如 Ｆ ， ｏ Ｎｉ ） ｅＣ ， 等 组成 的复 合材 料 ， 材料 具 有硬 度 高 、 该 耐磨 、 红硬 性及 较高 的强 韧性 等特 点 ， 工 业领 域 中 在
为 ２／； 剂正 己烷 （ 析 纯 ） 加 量 为 ４ ； 磨 助 溶 ９ ６ 分 添 ｍｌ球 剂无 水 乙 醇 添 加 量 为 ８ ． 用 Ｆ ｉ ｃ ｕｖ ｒ ｍ１ 选 ｒ ｓ ｈ Ｐ ｌｅｉ ｔ —
难加 工材 料如 航 空 材 料 中的 高温 合 金 、 子工 电 业 中印刷 电路板 （ 玻璃 纤 维增强 的热 固性 塑 料） 的 等 加工 ， 需要 强度 和硬 度 高 的超 细 晶粒 或 纳 米 晶粒 的 硬 质合 金刀 具来 完成 ． 纳米 级硬 质合 金 ， 最早 由美 国 Ｒｕｇ ｒ 学 于 １ ８ ｔ ｅｓ大 ９ ９年 率 先 研 制 并 于 同 年 申请 了
了接近纳 米 结构 的超 细硬 质 合 金 ， 中 Ｓ ｎ ｖｃ 其 ａｄ ｉ ｋ公 司研制 的 Ｔ０ ２的粒 度 最 细 ， 称 其 合 金 晶粒 度 达 ０ 据
到 ２ ０ｎ 但 截 至 目前 为止 ， 界 上 还 没 有 一家 公 ５ ｍ． 世 司能 以工业 规模 生 产 出 晶粒 尺 寸 为 １ ０ｎ 左 右 的 ０ ｍ
维普资讯
第ｌ 卷
第 １ 期
材 料 研 究
与 应 用
Ｖｏ１ ．１． Ｎ Ｏ ．１ Ｍ ａｒ ２ ０ ０ ７ ．
２ ０ ０ ７年 ３ 月
Ｍ ＡＴ ＥＲＩ ＬＳ Ｒ ＥＳＥＡ ＲＣＨ Ａ ＮＤ ＰＰＬＩ Ａ Ａ ＣＡＴ Ｉ Ｎ Ｏ
碳纤维增强碳化钨硬质合金的烧结方法和研究进展
碳纤维增强碳化钨硬质合金的烧结方法和研究进展1．引言碳化钨-钴（WC-Co）硬质合金是以碳化钨粉末为主要原料，Co做粘结剂而制成的一种合金。
因碳化钨-Co硬质合金具有高硬度、高强度和优良的耐磨性及抗氧化性，而被广泛的用于机械加工、采矿钻探、模具和结构耐磨件等领域[1]。
超细碳化钨-钴硬质合金是指合金中碳化钨晶粒平均尺寸为0.1~0.6μm，这使其具有高强度、高硬度和高韧性，有效地解决了传统硬质合金硬度与强度之间的矛盾。
碳化钨晶粒在100nm 以下的纳米硬质合金应当有更优良的性能。
1959年，Shindo A首先发明了用聚丙烯腈（PAN）纤维制造碳纤维。
美国在21世纪革命性的12项材料技术中，则将“新一代碳纤维、纳米碳管”排在第四位[2]。
碳纤维具有高强度、高模量、密度小，比强度高、耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优良性能。
正因如此，将碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合后得到的碳纤维复合材料，同样具有高的比强度、比模量、耐疲劳、耐高温、抗蠕变等特点。
近年来它们被广泛地应用于航空航天、汽车构件、风力发电叶片、油田钻探、体育用品、建筑补强材料等领域[3]。
超细碳化钨-钴硬质合金和碳纤维在某些方面的优异性能和在工业上的广泛应用，使得国内外很多研究学者对这两种材料进行了深入研究。
本文将主要从超细碳化钨-钴硬质合金的烧结手段及其对硬质合金性能的影响、致密化方式和效果，碳纤维增强复合材料的性能等方面对国内外文献进行综述。
2. 烧结方法目前国内外研发了许多制备超细碳化钨粉末的方法，主要有直接碳化法[4]、氢气还原WO X碳化法、流化床还原碳化法、气相沉积法、有机盐热分解碳化法、等离子电弧法、熔盐法和机械球磨法、液相还原法[5]等，目前应用于工业化规模生产的主要是前三种方法。
要使超细碳化钨粉末具备特殊性能，必须经过烧结这一关键步骤，烧结技术的不同将对硬质合金的性能产生重要影响。
而如何有效控制碳化钨晶粒在烧结过程中的长大行为成为制备超细晶和纳米晶硬质合金的关键技术。
硬质合金金相实验方法及实验结果
硬质合金金相实验方法及实验结果硬质合金是一种金属陶瓷材料，主要由WC-Co或WC-TiC-Co合金组成。
它具有高熔点、高硬度、高耐磨性和比高速钢更高的热硬性等特点，可以在金属切削中代替一般钢制刀具，使用寿命也比钢制品高得多。
硬质合金主要用于制造切削刀具刀头、各种模具、轧棍、矿山及石油钻探工具等。
硬质合金的低倍组织应均匀一致，不允许有黑心、气孔、分层、裂纹及脏污等缺陷。
高倍组织主要观察硬质合金中各相的组成、晶粒的大小、分布情况等，允许有个别粗大的碳化钨相晶粒存在，但不允许有大量堆积或普遍晶粒长大现象。
硬质合金金相试样的制备方法与一般钢铁试样不同。
一般取制品的折断面或者剖面作为金相试样的磨面，若无法破坏和折断，则可取比较有代表性的表面进行检查。
试样制备包括取样和磨制、抛光等步骤。
磨制时要均匀用力，并随时观察，抛光时需使用金刚石粉末和水。
总之，硬质合金的制造和应用已经得到广泛的研究和应用，其性能和用途也得到了不断扩大和深入的探索。
在制造和检测过程中，要注意组织和缺陷的要求，采取适当的制备和检验方法。
温时间过长导致的，需要在制备过程中加强控制。
为了得到光滑的试样表面，我们使用经过研磨的样品，使用细小的小号金刚石粉末进行抛光。
我们使用与研磨相同的抛光布，并确保其清洁。
将小号金刚石粉末均匀涂抹在半径为5cm的圆周上，使用相同的方法进行抛光，直到研磨面非常光亮。
使用100倍物镜的金相显微镜观察，当看到浅黄色的平面且几乎没有划痕或者划痕非常浅的时候，说明抛光成功。
如果划痕很明显，则说明抛光失败，需要继续抛光直到达到成功的标准。
在显微镜下放大100倍观察未经腐蚀的试样，以鉴定孔隙、石墨、污垢和其他缺陷。
我们可以根据分布参考图进行直接对比评定或拍照评定。
使用化学试剂侵蚀或者氧化着色法来显示显微组织。
本实验使用新配的20%铁氰化钾和20%氢氧化钾水溶液的混合液进行腐蚀，腐蚀时间大约为30-60秒，视腐蚀情况而定。
一般磨面用肉眼所见显示为青灰色即基本腐蚀好。
烧结_热等静压法制取WC_Co系硬质合金
烧结- 热等静压法制取W C-Co 系硬质合金贾佐诚, 强劲熙, 陈飞雄(钢铁研究总院3 室, 北京100081)摘要: 用真空烧结、后续热等静压(H IP )和烧结2热等静压方法制取W C 2Co 系列硬质合金。
通过对这3 种工艺制取的硬质合金的组织和性能的比较, 证明了烧结2热等静压工艺的优越性。
此外还分析了烧结2热等静压工艺提高硬质合金性能的原因。
关键词: 真空烧结; 烧结2热等静压; 抗弯强度; 石墨相中图分类号: T G135+ . 5 文献标识码: A 文章编号: 100120963 (2000) 022*******W C-Co Carb ide A lloy M an ufac t ured by S i n ter-H IP J I A Zuo 2ch e n g, Q I A N G J i n 2x i, CH EN F e i2x i o n g(C e n t r a l Iro n& S t ee l R e s ea r ch In st i tu t e, B e i jin g 100081, C h in a)A bstra c t: A se r ie s o f W C 2Co ca rb ide a llo y s w e re p ro duced by V S, V S2H IP , sin te r2H IP tech n o l o2 g ie s.B y m ak in g a com p a r iso n o f st ruc t u re s an d p rop e r t ie s be t w een V S a llo y s, V S2H IP a l l o y s and sin te r2H IP a l lo y s, th e advan tage o f WC 2Co a l lo y s p ro duced by sin te r2H IP tech n o lo g y w e r e p ro v ed. Key words: vacuu m sin te r; sin te r2H IP; ben d i n g st r en g t h; g r ap h ite p h a s e众所周知, 硬质合金制品经真空( 或氢气) 烧结后, 可以消除压制型坯中的孔洞, 基本完成了致密化过程。
硬质合金的烧结
实际的烧结过程
WC+Co+W2C+C混合料的烧结特点：生产中常见的混合料组成，
尤其是在采用人造橡胶作成形剂时。
• 烧结过程伴随着一些固相化学反应而使过程复杂化。 • 在低温时先形成η相。 • 当碳量足够时， η相会因渗碳而消失。W2C亦可补充碳化化成WC。生 成的γ+η+C三元共晶(1250~1270℃)也可能消失。 • 获得的合金为WC+两相组织。 • 当碳量过剩时，可看成是WC+Co+C的烧结。而当缺碳时，则可看成是
典型的真空烧结工艺
真空烧结的4个阶段：
成形剂脱除阶段 预烧结阶段 高温烧结阶段 冷却阶段
真空烧结工艺
真空烧结的工艺过程为：脱蜡（胶）、预烧→烧结冷却出炉 • 脱蜡（胶）一般在350~400℃下进行3~4小时，它即可在真空下进 行，也可在氢气中进行。
• 预烧一般在700℃左右进行1小时。
硬质合金烧结的几个阶段
脱除成形剂及预烧阶段（<800℃）：成形剂的脱除（挥发、裂解）； 粉末表面氧化物还原 ；粘结金属粉末开始回复和再结晶，颗粒开始表面扩 敢，压块强度有所提高。 固相烧结阶段（800℃~共晶温度）：共晶温度是指缓慢升温时出现共 晶液相的温度。WC-Co合金在平衡烧结时的共晶温度为1340℃。此时，扩 散速度增加，颗粒塑性流动加强，烧结体出现明显收缩。
溶解-再析出阶段
固相在液相中具有一定溶解度的体系； 化学位差异，化学位高的部位将发生优先溶解并在附近的液相中 形成浓度梯度； 发生固相原子等在液相中的扩散和宏观的马孪哥尼流动（溶质浓 度变化导致液体表面张力梯度，产生液相流动），在化学位低的 部位析出。
化学位高的区域 颗粒突起或尖角处，细颗粒； 发生细颗粒和颗粒尖角处的优先溶解。 化学位较低的部位 颗粒的凹陷处和大颗粒表面； 溶解在液相中固相组分的原子在这些部位析出。
硬质合金烧结工艺控制要点
硬质合金烧结工艺控制要点嘿，朋友们！今天咱们就像聊美食一样聊聊硬质合金烧结工艺的控制要点。
这硬质合金烧结啊，就像是一场神秘又刺激的魔法烹饪。
首先呢，温度那可是这个魔法烹饪的火候。
这温度控制得不好，就像你烤蛋糕的时候把烤箱温度调得乱七八糟一样。
温度过高，硬质合金可能就像个气球一样鼓起来，然后各种性能就全乱套了，它可不会乖乖听话变成我们想要的坚韧家伙。
而温度过低呢，就好比你想把肉炖烂却用小火慢慢悠悠的，结果硬质合金就达不到应有的硬度和密度，软趴趴的，像个没骨气的小面团。
接着是烧结时间。
这时间啊，就像是给这个“菜”烹饪的时长。
时间太长，硬质合金可能就像在锅里煮过头的面条，变得又干又脆，还容易断裂，完全没有了那种恰到好处的韧性。
要是时间太短，就像你急急忙忙炒个菜，菜还是生的，硬质合金的内部结构还没来得及好好组合，性能就大打折扣，就像一个没经过训练的新兵，毫无战斗力。
再说说气氛控制。
这气氛就像是烹饪时的调味料。
如果气氛不对，比如氧含量没控制好，那硬质合金就像放在空气里太久的苹果，开始氧化生锈。
原本应该光鲜亮丽、坚不可摧的它，可能变得坑坑洼洼，像个长满麻子的脸。
粉末的粒度也是个关键因素。
粉末粒度就像食材的颗粒大小。
要是粉末粒度不均匀，那就好比你做米饭的时候米有大有小，煮出来的饭肯定有的生有的熟。
硬质合金的质量也会参差不齐，有的地方硬得像石头，有的地方又松松垮垮。
烧结过程中的压力也很有趣。
压力就像你在做煎饼的时候用的那把铲子压着的力度。
压力过大，硬质合金可能就被压得扁扁的，像被踩扁的易拉罐。
压力过小呢，它又不能紧密地结合在一起，就像一盘散沙，风一吹就散了。
还有加热速率，这就像是你开着车加速的过程。
加热太快，就像你开车突然猛踩油门，硬质合金可能会因为“晕车”而内部结构紊乱。
加热太慢，就像乌龟爬一样，生产效率低下，大家都等得心急火燎的。
添加剂的使用呢，就像是给菜加调料。
加少了没效果，就像炒菜没放盐，平淡无奇。
加多了又会破坏整体的平衡，就像糖放多了把菜变成了甜品，那可就完全不是我们想要的硬质合金了。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
硬质合金的烧结
一、实验目的
了解硬质合金烧结的基本知识及烧结特点
二、实验原理
烧结是指在高温作用下，坯体发生一系列物理化学变化，由松散状态逐渐致密化，且机械强度大大提高的过程。
在烧结过程中包括有机物的挥发、坯体内应力的消除、气孔率的减少；在烧结气氛作用下，粉末颗粒表面氧化物的还原、原子的扩散、粘性流动和塑性流动；烧结后期还可能出现二次再结晶过程和晶粒长大过程。
三、烧结方式及特点
真空烧结与低压烧结
真空烧结：在低于大气压力条件下进行的粉末烧结。
主要用于烧结活性金属和难熔金属铍、钍、钛、锆、钽、铌等；烧结硬质合金、磁性合金、工具钢和不锈钢；以及烧结那些易于与氢、氮、一氧化碳等气体发生反应的化合物。
优点是：(1)减少了气氛中有害成分(水、氧、氮)对产品的不良影响。
(2)对于不宜用还原性或惰性气体作保护气氛(如活性金属的烧结)，或容易出现脱碳、渗碳的材料均可用真空烧结。
(3)真空可改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织。
(4)真空烧结有助于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，起到净化材料的作用。
(5)真空有利于排除吸附气体、孔隙中的残留气体以及反应气体产物，对促进烧结后期的收缩有明显作用。
如真空烧结的硬质合金的孔隙度要明显低于在氢气中烧结的硬质合金。
(6)真空烧结温度比气体保护烧结的温度要低一些，如烧结硬质合金时烧结温度可降低100～150℃。
这有利于降低能耗和防止晶粒长大。
不足是：(1)真空烧结时，常发生金属的挥发损失。
如烧结硬质合金时出现钴的挥发损失。
通过严格控制真空度，即使炉内压力不低于烧结金属组分的蒸气压，也可大大减少或避免金属的挥发损失。
(2)真空烧结的另一个问题是含碳材料的脱碳。
这主要发生在升温阶段，炉内残留气体中的氧、水分以及粉末内的氧化物等均可与碳化物中的化合碳或材料中的游离碳发生反应，生成一氧化碳随炉
气抽出。
含碳材料的脱碳可用增加粉末料中的含碳量以及控制真空度来解决。
低压烧结：低压烧结的“低压”是相对…热等静压‟的压力来说的，二者都是在等静压力下烧结，前者的压力约为5Mpa 左右，后者的压力高达70～100MPa 。
(1)低压烧结是在真空烧结和热等静压的基础上发展起来的，在烧结温度下，较低的压力同样可以消除合金内的孔隙，而且可以避免因高压而在合金中造成…钴池‟的缺陷。
低压烧结使合金能获得比经热等静压处理的合金更好的综合性能。
(2)抑制Co 的挥发和合金脱碳（解决真空烧结的不足）
四、烧结制度
五、实验结果
1、样品的线收缩和体积收缩
2、样品的密度和相对密度 05010015020025030035040045050055002004006008001000120014001600 T e m p e r a t u r e (℃)Time (min)。