【摘 要】
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硬质合金具有高强度、高韧性、高耐磨性等优点,目前是矿山开采、切削工具、地质勘测等领域中应用最广泛的材料之一。但传统硬质合金的硬度和韧性相互矛盾,这已经成为限制硬质合金高端应用的瓶颈所在,且常规制备方法无法解决这一问题,因此,寻找高强高韧硬质合金的新型烧结技术具有重要的战略和经济意义。本文以WC-Fe-Ni硬质合金为研究对象,采用金相显微镜、X射线衍射分析、扫描电子显微镜、能谱分析、力学性能测试等手
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硬质合金具有高强度、高韧性、高耐磨性等优点,目前是矿山开采、切削工具、地质勘测等领域中应用最广泛的材料之一。但传统硬质合金的硬度和韧性相互矛盾,这已经成为限制硬质合金高端应用的瓶颈所在,且常规制备方法无法解决这一问题,因此,寻找高强高韧硬质合金的新型烧结技术具有重要的战略和经济意义。本文以WC-Fe-Ni硬质合金为研究对象,采用金相显微镜、X射线衍射分析、扫描电子显微镜、能谱分析、力学性能测试等手段,研究振荡热压烧结制备WC-Fe-Ni硬质合金的致密化、微观组织及力学性能。主要研究结果如下:（1）研究振荡热压烧结WC-Fe-Ni硬质合金的致密化,发现随着烧结的进行,振荡热压对合金的致密化影响逐渐增加,振荡热压促进了烧结过程的颗粒重排、晶界滑移、塑性形变等机制,对合金致密度的提高有着积极的影响。（2）WC-Fe-Ni硬质合金在液相烧结温度下进行振荡热压烧结时,其致密度为99.5%,晶粒尺寸为0.58μm,硬度和断裂韧性分别为2052.1 MPa、15.48 MPa·m1/2,且综合性能优于真空烧结的样品。同时发现在液相烧结过程中,液相逐渐填充到粉末间隙中,有助于孔隙的排除和粘结相的均匀分布,提高硬质合金的力学性能。（3）在相同的烧结温度及保温时间下,研究振荡烧结工艺（压力振幅和压力中值）对WC-Fe-Ni硬质合金的组织与性能的影响,发现随着振幅的增加,试样的密度更高,晶粒尺寸更细,力学性能更优;随着压力中值的增加,试样的密度和力学性能随之提高,当振荡压力为40±5 MPa时样品综合性能最优,其相对密度为99.17%,WC晶粒尺寸为0.62μm,硬度为1931 MPa,断裂韧性为12.43 MPa·m1/2。当最大压力相同时,振荡烧结比热压烧结具有更优的综合性能,而且压力振幅较大的材料密度、硬度和断裂韧性也较高,压力振幅是决定材料性能的关键参数。（4）为了研究振荡热压烧结的优势,分别采用振荡热压烧结和热压烧结在相同的烧结条件下制备了WC-Fe-Ni硬质合金,发现相比热压烧结试样,振荡热压烧结的试样具有更高的相对密度,更小的WC晶粒尺寸和更窄的晶粒尺寸分布;另外,振荡热压烧结试样的粘结相平均自由程和WC晶粒的邻接度也更低,组织更加均匀细小。而且,振荡热压烧结样品具有更高的硬度（2052.1 MPa）和断裂韧性(14.67 MPa·m1/2),与热压烧结样品相比,分别提高了6.7%和19.85%。振荡热压促进液相的流动,影响溶解-再析出过程,从而提高了合金的致密化、粘结相的均匀分布,WC/粘结相界面增加,抑制WC晶粒的生长,提高合金的强韧性。
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