第２６卷第６期 ＶＯＩ．２６，Ｎｏ．６ ２０１１年１２月 Ｃｈｉｎａ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ 中国鹆管 Ｄｅｃ．２０１１ 文章编号：１００９—０６２２（２０１ １）０６—００２７—０４ 不同含量复式碳化物对细晶硬质合金性能的影响 左洪松，栾道成，王正云，李亚军，秦琴 （西华大学材料科学与工程学院，四川成都６１００３９） 摘 要：选取含ＴｉＣ和Ｔａｃ的复式碳化物，采用真空烧结，分别制各含复式碳化物０．４％、８％、１２％的细晶ＷＣ一８Ｃ。硬质 合金。研究不同含量的复式碳化物对细晶硬质合金横向断裂强度、硬度、相对密度的影响。实验结果表明，复式碳化物的添 加能够提高硬质合金的硬度，但同时降低了合金的横向断裂强度和相对密度。当添加复式碳化物ｌ２％时，合金的横向断裂 强度为１ ４８０ ＭＰａ，硬度为９３．６ ＨＲＡ，相对密度为９９．２％。 关键词：细晶硬质合金；复式碳化物；横向断裂强度；硬度 中图分类号：ＴＦ１２３．７＋１：ＴＧ１３５．５ 文献标识码：Ａ 碳化物粉末，ＷＣ粉（自贡硬质合金厂生产），Ｃｏ粉 Ｏ 刖 舌 （深圳格林美生产）。具体参数如表１所示。 细晶硬质合金由于具有高硬度，高强度，耐腐 表１原料粉末的基本参数 蚀，良好的耐磨性等优点，一直是理想的用于精加 工的刀具材料【 ，但硬质合金刀具在切削钢材时容 易发生粘刀和月牙洼磨损等问题阁。复式碳化物是 硬质合金生产中的一种重要原料，是高温下ＷＣ固 溶于ＴｉＣ中或者ＷＣ固溶于ＴｉＣ—ＴａＣ（ＮｂＣ）中得到 的固溶体，它具有良好的抗氧化能力［６］。含ＴａＣ的 复式碳化物高温硬度好，能够提高刀具连续切削的 由于实验所选用的复式碳化物颗粒较粗，为制 寿命。向硬质合金中添加复式碳化物不仅可以提高 得细晶的复式碳化物粉末，先将复式碳化物在球磨 合金的抗氧化能力，而且可以提高合金刀具抗月牙 罐中预磨２４ ｈ，然后开罐将ＷＣ，Ｃｏ和成型剂等一 洼磨损和抗刀屑瘤的能力，是改变硬质合金性能的 起加入，进行行星球磨。为防止ＷＣ粉末在烧结过程 一种重要方式啊。因此，向细晶硬质合金中添加复式 中长大，加入了质量分数为０．３％的ＶＣ和Ｏ．７％的 碳化物成为一种有益的尝试，但不同含量的复式碳 Ｃｒ３Ｃ 作为晶粒长大抑制剂，将粉末按表２所示分配 化物添加会对硬质合金性能产生不同的影响。实验 比计量后，加入２％的石蜡为成型剂，按２０ ｍＬ／ｌＯ０ ｇ 通过制备含复式碳化物０，４％，８％，１２％的细晶 比例的加入乙醇作为研磨介质，湿磨４８ ｈ，干燥，制 ＷＣ一８Ｃｏ硬质合金，研究了不同含量的复式碳化物 粒。在２００ ＭＰａ的压力下压制成Ｂ试样，在真空烧结 对细晶硬质合金横向断裂强度、硬度、相对密度的 炉中进行烧结。由于Ｃｏ对复式碳化物的润湿性不 影响，并对复式碳化物对硬质合金性能影响的机理 佳，故将烧结温度定为１ ３９０℃，保温１ ｈ。烧结后，采 进行了讨论。 用阿基米德法则测定试样的密度，并计算相对密度； １ 实验 根据ＧＢ厂ｒ３８４９．２－２０１０测定硬质合金的洛氏硬度；根 据ＧＢ ３８５１—８３测试试样的横向断裂强度。合金试样 实验以ＷＣ—Ｃｏ基细晶硬质合金为研究对象， 用ＦｅＣ１ 与浓盐酸的饱和溶液腐蚀后用ＩＮＳＰＥＣＴ Ｆ５０ 选用的复式碳化物为同时含有ＴｉＣ和ＴａＣ的复式 型扫描电镜观察其微观组织结构。 收稿日期：２０１１－１０—１９ ． 基金项目：国家科技重大专项资助项目（２００９ＺＸ０４０１２—０２３） 作者简介：左洪松（１９８６一），男，河南郑州人，硕士研究生，主要从事超细硬质合金的研究。 第６期 左洪松，等：不同含量复式碳化物对细晶硬质合金性能的影响 ２９ 图３试样断口ＳＥＭ照片 ａ—＿０；ｂ—－４％；ｃ一８％；ｄ－－１２％ Ｃ ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ和ＷＣ颗粒存在，但合金粒度已经达到了 细晶的水平。所以采用复式碳化物预磨，混合料高能球 磨的方法能够制得含复式碳化物的细晶硬质合金。 ２．２性能分析及讨论 经测试得到４组复式碳化物含量不同的细晶合 金的硬度和相对密度如图４。从图中我们可以看出， 合金的硬度值随复式碳化物含量的增多而提高，但 相对密度却逐渐下降。含复式碳化物１２％（质量分 数）的细晶合金硬度达到了９３．６ ＨＲＡ，但相对密度 却只有９９．２％。 复式碳化物是一种脆硬相，它的加入能够提升 合金的硬度，与实验结果相符，如图４所示。 世 粕 霞 罂 （Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ含量，％ 图４合金的硬度和相对密度的变化 但在相同的烧结温度下，Ｃｏ对复式碳化物的润 湿性比ＷＣ差很多［８１。在液相烧结过程中，复式碳化 物相对于ＷＣ而言更难以致密化，易形成孔洞［９１。由 于本实验仍然采用真空烧结，故合金中的空隙孔隙 难以消除。由于４种试样均在同一温度下烧结，故而 含复式碳化物多的合金更加难以致密，表现为相对 密度低。如图４所示，合金的相对密度随复式碳化物 的增多而下降。 含复式碳化物量不同的合金的横向断裂强度 见图５。从图中可知未添加复式碳化物的合金的 横向断裂强度最高，达到了２ ２４０ ＭＰａ，且ＴＲＳ随 复式碳化物含量的增加而下降，且下降的幅度较 大。添加１２％复式碳化物的合金的横向断裂强度 为１ ４８０ ＭＰａ。 窒 ｛赵 骥 豁 厦 （Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ含量／％ 图５ ４组试样的横向断裂强度 复式碳化物对于合金强度影响可以归结为以下 几个方面：（１）复式碳化物的脆硬性使得合金的脆性 增加，韧性下降。且实验所采用的复式碳化物粒度较 粗，虽然经过预磨处理，仍难以保证个别粗大的复式 碳化物颗粒的存在，如图３。日本学者铃木寿认为， 硬质合金的强度取决于无缺陷组织基体的理论强度 和断裂源的大小和位置ｌｌ０１。个别粗大的复式碳化物 颗粒或者复式碳化物颗粒在局部偏聚，会使得局部 的强度降低成为断裂源，从而使合金的横向断裂强 度降低。（２）复式碳化物对Ｃｏ的低润湿性使得合金 孔隙度提高。孔隙是硬质合金中的一类严重缺陷，它 能够造成应力集中，显著降低合金的强度。（３）复式 碳化物的低润湿性还表现为合金粘结相黏结强度的 降低，尤其是当复式碳化物的含量较高时，这种现象 尤为明显。综上所述，复式碳化物的添加显著降低了 细晶硬质合金的强度。 ３结论 （１）采用复式碳化物预磨，混合料行星球磨然后 真空烧结的方法，能够制得含复式碳化物的细晶硬 质合金。 （２）复式碳化物的添加显著地降低了合金的横 向断裂强度和相对密度，但提高了合金的硬度。 （３）在真空烧结和Ｃｏ含量为８％的条件下，细 晶硬质合金中复式碳化物的含量不宜超过ｌ２％（质 量分数）。当合金中的复式碳化物达到１２％时，合金 的相对密度和横向断裂强度均较低，基本失去了细 晶合金高强度的优点。 参考文献： 【１］ ＭｃＣａｎｄｌｉｓｈ Ｌ Ｅ，Ｋｅａｒ Ｂ Ｈ，Ｋｉｍ Ｂ Ｋ．Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ＷＣ－Ｃｏ［Ｊ］．Ｎａｎｏｓｔｒｕｅｔ Ｍａｔｅｒ，１９９２，１：１ １９—２４． 【２］ Ｙａｏ Ｚ，Ｓｔｉｇｌｉｃｈ Ｊ Ｊ，Ｓｕｄａｒｓｈａｎ Ｔ Ｓ．Ｎａｎｏｓｉｚｅｄ ＷＣ—Ｃｏ ｈｏｌｄｓ ｐｒｏｍｉｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ 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ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ０，４％，８％ａｎｄ １２％．Ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＴＲＳ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ ｗｈｉｌｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ（Ｗ，Ｔｉ， Ｔａ）Ｃ．Ｔｈｅ ＴＲＳ ｏｆ １２ ｗｔ％（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ ｕｌｔｒａ—ｆｉｎｅ ｃａｒｂｉｄｅ ｉＳ １ ４８０ ＭＰａ．ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉＳ ９３．６ ＨＲＡ．ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ９９．２％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａ－ｆｉｎｅ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ；（Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ）Ｃ：ＴＲＳ；ｈａｒｄｎｅｓｓ；ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｎｓｉｔｙ （编辑：尹晓星） 一＋－＋－＋－＋・ 的活化剂，压制成坯块，然后在Ａｒ气氛或真空中进行自蔓延 高温反应，发生ＷＯ ３Ｍｇ＋Ｃ—ｗＣ＋３Ｍｇ０反应。将反应生成 专利名称：钨合金顶头 专利申请号：ＣＮ２０ｏ５１００４６４６３．２ 申请日：２００５—０５—１９ 申请人：高殿斌 钨合金顶头涉及一种用于穿制不锈钢、合金钢和高温合 金等无缝管用的顶头。主要是为解决现有的钼合金顶头造价 高，使用寿命短，穿管数量少的问题而研制的。特征是它的化 学组成成分以钨为主，并含有占总重量Ｏ．５％～５％的碳化钛 和占总重量０．５％～５％的碳化锆。也可以再加入适量的碳及 副产物ＭｇＯ用盐酸溶解，经洗涤、抽滤、干燥，在Ｈ＇气氛中 公开号：ＣＮ１８６５４７６ 加热处理，调整碳含量，最终得到纳米ＷＣ粉末。该发明的优 点在于：制得的纳米颗粒ＷＣ粉末分散良好，解决了纳米ＷＣ 粉末团聚问题，并且，工艺、设备简单，适用于超细晶粒硬质 合金的生产。 公开日：２００６－１１—２２ 专利名称：一种纳米碳化钨粉末的制备方法 专利申请号：ＣＮ２０ｏ６１００ｌｌ８３５．２ 申请日：２００６－０４—３０ 申请人：北京科技大学 一公开号：ＣＮ１８４３９０８ 公开日：２００６—１０—１１ 其他微量元素。优点是使用寿命长，穿管数量多，造价低。 专利名称：自蔓延高温合成纳米碳化钨粉末的方法 专利申请号：ＣＮ２０ｏ６ｌ００１１６９０．６ 申请日：２００６—０４—１４ 申请人：北京科技大学 该发明提供了一种自蔓延高温合成纳米碳化钨粉末的 公开号：ＣＮｌ８３７ｏ４Ｏ 公开日：２００６—０９—２７ 种纳米碳化钨粉末的制备方法，属于纳米金属碳化物 粉体制备技术领域。利用酚醛树脂为碳源及隔离剂，首先制 备酚醛树脂包覆纳米ｗ颗粒的混合料，然后真空碳化获得 纳米ｗｃ粉末，再在Ｈ：气氛中热处理脱除游离碳。该发明的 优点在于：可以获得粒度均匀细小的ｗｃ粉末，并且工艺、设 备简单，成本低。 （冶专提供） 方法，属于难熔金属碳化物粉末制备技术领域。将纳米ＷＯ 粉末、纳米炭黑、Ｍｇ粉混合，加入酚醛树脂作为自蔓延反应