表面無(wú)立方相梯度功能硬質(zhì)合金的制備基礎(chǔ)研究.pdf

1、論文綜述了硬質(zhì)合金的發(fā)展歷史，應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，然后詳細(xì)介紹了梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備方法；評(píng)述了梯度硬質(zhì)合金的最新研究和應(yīng)用成果；討論了本文的研究目的和意義，并制訂了研究方案和技術(shù)路線。 本文采用擴(kuò)散控制的方法制備了WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)功能硬質(zhì)合金，研究利用Gewiui公司的型號(hào)為L(zhǎng)EO1525的掃描電鏡、X射線能譜(EDS)金相、機(jī)械性能等試驗(yàn)手段系統(tǒng)的研究了不同的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)材料組織結(jié)

2、構(gòu)、性能的影響，并研究了材料中氮含量對(duì)WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的顯微組織的影響；最后研究了一次梯度燒結(jié)的新工藝。利用掃描電鏡(SEM)、X射線能譜(EDS)金相、機(jī)械性能等試驗(yàn)手段，擴(kuò)散控制WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)功能硬質(zhì)合金的制備過(guò)程，及制備結(jié)構(gòu)材料的組織結(jié)構(gòu)、性能研究結(jié)論如下： 以WC-6Co為研究基礎(chǔ)，調(diào)查了硬質(zhì)合金制備的基本工藝流程。對(duì)硬質(zhì)合金的碳含量進(jìn)行了細(xì)致

3、的研究，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)整體碳含量為6.45％時(shí)，能保證了在材料內(nèi)部既沒(méi)有η相也沒(méi)有游離碳；研究了脫脂工藝，當(dāng)脫脂速率為0.5oC時(shí)，材料在后續(xù)的燒結(jié)過(guò)程中沒(méi)有形成裂紋和孔隙。 論文重點(diǎn)研究了梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金兩步燒結(jié)的制備工藝，首先進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，然后梯度燒結(jié)。以WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co為研究對(duì)象，在預(yù)燒結(jié)時(shí)，氮壓為5×104Pa就可以保證材料不脫氮，預(yù)燒結(jié)的主要目的是為了得到均勻無(wú)脫氮的致密體，研究也發(fā)現(xiàn)預(yù)燒結(jié)過(guò)程中

4、一旦脫氮，梯度燒結(jié)就不會(huì)形成梯度，因此，預(yù)燒結(jié)氮壓的控制是后續(xù)梯度燒結(jié)的重要前提。將預(yù)燒結(jié)體進(jìn)行梯度燒結(jié)后，燒結(jié)溫度為1440oC時(shí)能獲得較好的SEM組織形貌，可以觀察到明顯的梯度組織。梯度層表面為無(wú)立方相的WC + γ向，在梯度層和芯部存在一個(gè)過(guò)渡層，在這個(gè)過(guò)渡層里，由于燒結(jié)過(guò)程中Ti(C,N)溶解在粘結(jié)相中時(shí)N和Ti強(qiáng)烈的熱力學(xué)耦合使得N元素向燒結(jié)體外擴(kuò)散而Ti元素向燒結(jié)體內(nèi)擴(kuò)散，那么在過(guò)渡層內(nèi)，Ti的碳化物或碳氮化物就較多。能譜分

5、析的結(jié)果也顯示了不同部位的元素濃度改變。 研究不同燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-Co梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的顯微組織的影響，燒結(jié)溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于梯度的形成，梯度層厚度也增加。燒結(jié)溫度越高，使得Ti和N的擴(kuò)散通路越多，因此擴(kuò)散程度較大，使得梯度層厚度增加；保溫時(shí)間的延長(zhǎng)實(shí)際上延長(zhǎng)了Ti和N的擴(kuò)散時(shí)間，所以也能使梯度層厚度增加。但是燒結(jié)溫度過(guò)高或者保溫時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)顯微組織有不利影響，容易引起顆粒長(zhǎng)

6、大，這對(duì)材料的性能是有影響的，試驗(yàn)結(jié)果顯示燒結(jié)溫度在1490oC保溫4h后材料的抗彎強(qiáng)度和HRA與燒結(jié)溫度為1440oC保溫2h的材料相比就小很多；氮含量對(duì)梯度形成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)看笥?％時(shí)，氮含量越低，梯度層厚度越大。根據(jù)梯度形成原理，梯度的形成主要靠N和Ti之間的熱力學(xué)耦合作用；但是粘結(jié)相Co對(duì)N的潤(rùn)濕性較差，所以氮含量增加，對(duì)燒結(jié)體的致密度就有影響，這樣在燒結(jié)體中形成的一些不能通過(guò)粘結(jié)相的流動(dòng)而填滿的孔隙，特別是在表面時(shí)

7、，當(dāng)粘結(jié)相流動(dòng)到這些孔隙中時(shí)，就很容易揮發(fā)，更使得N在粘結(jié)相中的溶解量減小，從而致使N和Ti的擴(kuò)散系數(shù)變小，最后梯度層厚度也減少。 探索了一次梯度燒結(jié)的工藝。一次梯度燒結(jié)工藝目前還沒(méi)有相關(guān)資料的報(bào)道，兩步梯度燒結(jié)時(shí)，梯度燒結(jié)是在脫氮?dú)夥障逻M(jìn)行的，無(wú)法確定梯度形成的階段。為了確認(rèn)N和Ti發(fā)生熱力學(xué)耦合的階段即梯度形成階段，設(shè)計(jì)了多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。比較了不同降溫速率對(duì)梯度形成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，降溫速率與梯度形成的梯度層厚度之間存在負(fù)指數(shù)