论文部分内容阅读
WC基硬质合金因具有高硬度、高耐磨性和良好的高温强度等特点,在金属切削、模具、采掘和耐磨零部件等领域得到了越来越广泛的应用。其中,以WC-Co系硬质合金的研究和应用最为广泛和深入,但是由于Co资源短缺,限制了其进一步应用,而且耐腐蚀性能和耐高温性能也较差,难以满足恶劣条件下对工件的使用要求。另外,研究发现当WC基硬质合金中含有大量板状WC晶粒时,可以在不降低其宏观硬度的基础上提高其显微硬度和横向断裂强度。为此,本文以前人的研究成果为基础,选择了以Fe、Cr、Zr和B合金化的Ni3Al金属间化合物来作为WC基硬质合金的粘结剂,并采用高能球磨+放电等离子烧结/热压烧结方法来制备WC-10Ni3Al硬质合金。主要进行了以下几个方面的研究:（1）采用高能球磨方法来制备合金化的Ni3Al金属间化合物,分析了高能球磨时间对Ni-20Al-10Fe-8Cr-0.5Zr-0.2B（at%）混合粉末的形貌和物相的影响。研究显示,高能球磨可以实现Ni-20Al-10Fe-8Cr-0.5Zr-0.2B（at%）粘结剂粉末的预合金化,当球磨时间达到20h时,合金化的Ni3Al相逐渐生成,当球磨时间达到50h后,原始元素粉末已经基本完全转化成了金属间化合物。然后与WC粉末配成WC-10Ni3Al（wt%）复合粉末继续球磨50h,使Ni3Al粘结剂均匀分布在WC颗粒表面。（2）然后研究了放电等离子烧结温度、升温速率以及保温时间对WC-10Ni3Al硬质合金的组织和性能的影响规律。结果表明,当烧结温度位于1300℃-1450℃之间时,以1380℃烧结试样的组织较为均匀,板状WC晶粒的发展也很充分;低于1380℃的烧结试样部分形成板状晶,组织不均匀,而高于1380℃烧结的试样晶粒长大严重,WC失去其板状特征。烧结温度越高,烧结试样的密度越高,横向断裂强度在1300℃-1380℃内随烧结温度的升高而增加,随后随温度增加而下降,烧结温度对洛氏硬度的影响不大,维氏硬度HV10基本上随烧结温度的升高而下降,断裂韧性基本上随烧结温度的升高而增加。升温速率对试样显微组织和性能的影响可以概括为:在烧结温度较低时（例如1300℃）,升温速率对试样的组织影响比较明显,升温速率越快试样组织越细小,但是当烧结温度较高时（例如1380℃）,升温速率对试样的组织影响不大;1300℃烧结试样的密度和横向断裂强度都随升温速率的增加而下降,洛氏硬度、维氏硬度HV10和断裂韧性则随升温速率的增加而增加。当保温时间不同时,烧结试样的密度和洛氏硬度随保温时间的延长而增加,横向断裂强度和维氏硬度HV10先随保温时间的延长而增加,在10min后随保温时间的延长而急剧下降。综合起来以烧结温度1380℃、升温速率200℃/min、保温时间10min试样的综合性能较好,其密度、横向断裂强度、洛氏硬度、维氏硬度HV10、断裂韧性和800℃抗压强度分别为13.65g/mm3、2264.8MPa、90.5HRA、1625kgf/mm2、21.08MPa·m1/2和2157MPa。（3）同时研究了热压烧结温度以及保温时间对WC-10Ni3Al硬质合金的组织和性能的影响规律。结果表明,当热压烧结温度位于1250℃-1400℃之间时,密度随烧结温度的升高而增加,横向断裂强度在1250℃-1350℃之间随着温度的升高而升高,在烧结温度高于1350℃时随温度的增加而降低,洛氏硬度随着烧结温度的升高先上升后下降,维氏硬度和横向断裂强度则随着烧结温度的升高而升高。试样在1350℃保温不同时间烧结时,密度和断裂韧性随保温时间的延长而增加,横向断裂强度、洛氏硬度和维氏硬度都先随保温时间的延长先增加后下降。综合起来以烧结温度1350℃保温2h的烧结试样具有较好的综合性能,其密度、横向断裂强度、洛氏硬度、维氏硬度和断裂韧性分别为13.86g/mm3、2201.3MPa、87.5HRA、1770.5kgf/mm2和18.94MPa·m1/2。