發(fā)布時(shí)間：2020-10-10 05:51

　　 硬質(zhì)合金被稱為工業(yè)的“牙齒”,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有重要作用,其用途非常廣泛,主要用于切削刀具,目前已占國(guó)內(nèi)刀具的90%以上。硬質(zhì)合金具有良好的綜合性能,在刀具行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。硬度和韌性之間的矛盾問(wèn)題阻礙了硬質(zhì)合金刀具的進(jìn)一步發(fā)展。本文采用粉末冶金法制備了不同成分的細(xì)晶粒硬質(zhì)合金材料,主要研究了鈷含量、碳含量和碳化鈦的添加量對(duì)細(xì)晶粒硬質(zhì)合金組織及性能的影響。采用X射線衍射、SEM、自動(dòng)鈷磁儀、矯頑磁力測(cè)量?jī)x、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等分析方法,研究了成分變化對(duì)細(xì)晶粒硬質(zhì)合金組織及性能的影響。主要研究結(jié)果如下:燒結(jié)過(guò)程中鈷不僅可以充分填充WC骨架之間的間隙,還避免了燒結(jié)過(guò)后形成鈷池。鈷磁隨著鈷含量的增加而提高,而矯頑磁力不斷降低。合金的顯微硬度和抗彎強(qiáng)度均在鈷含量為13%時(shí)最大,此時(shí)晶粒尺寸較小,有助于提高顯微硬度和抗彎強(qiáng)度。硬質(zhì)合金的斷裂主要發(fā)生的是延性斷裂,斷口有WC顆粒被拔出而留下的韌窩狀組織。當(dāng)碳含量增加時(shí),組織中石墨相逐漸增多,并在高倍下觀察出WC晶粒呈長(zhǎng)大趨勢(shì);當(dāng)加入的C為0.2%時(shí),燒結(jié)過(guò)后的合金中只存在(WC+γ)相,抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值,此時(shí)的斷口形貌中存在很多韌窩;當(dāng)碳含量為1.2%時(shí),抗彎強(qiáng)度數(shù)值最小,斷口處有較多的石墨孔洞。合金的硬度隨著碳含量的增加一直呈下降趨勢(shì);當(dāng)碳含量增加時(shí),矯頑磁力不斷降低,而磁性鈷含量不斷升高,但均小于所加入的原始鈷含量。添加碳化鈦可以抑制W在Co中的固溶,提高合金的磁性鈷含量;TiC和WC在燒結(jié)的過(guò)程中形成(Ti,W)C固溶體,分布在WC的邊角處,阻礙WC晶粒的遷移長(zhǎng)大,起到細(xì)化晶粒作用。合金的硬度隨著TiC含量的增加不斷上升,而抗彎強(qiáng)度隨著TiC的增加而降低,因?yàn)闊Y(jié)過(guò)程中形成的(Ti,W)C固溶體是一種硬脆相。裂紋擴(kuò)展路徑隨著TiC含量的增加不斷延長(zhǎng),添加TiC有利于提高合金的韌性。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG135.5
【部分圖文】：

接近亞微米級(jí)別，而添加的 TiC 粒度達(dá)到了粗顆粒級(jí)別。各粉末的粒度分布圖如圖 2.1 所示。由圖2.1 可見(jiàn)，原始粉末粒徑分布較窄，WC 的粒度完全呈正態(tài)分布，Co 和 TiC 的粒徑基本呈正態(tài)分布。表 2.4 原始粉末特征參數(shù)Tab 2.4 Main characteristic parameters of the original powders粉末 成份/(w/%) 雜質(zhì)含量/(w/%)WC w(W)=93.8%；w(CT)=6.14% w(Fe)=0.002%；w(O)=0.1%；w(Cfree)≤0.18%Co w(Co)=99.6% w(CT)=0.01%；w(O)=0.4%TiC w(TiC)≥99.5%；w(CT)=19.2% w(O)≤0.45%；w(Cfree)≤0.2%圖 2.1 原始粉末粒徑分布圖： (a) WC; (b) Co; (c) TiCFig 2.1 Particle size distribution images of raw powders: (a) WC; (b) Co; (c) TiC對(duì)原始粉末 WC、Co、TiC 進(jìn)行物相檢測(cè)，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜比對(duì)，標(biāo)定的各衍射峰如下圖 2.2 所示。通過(guò) XRD 物相分析發(fā)現(xiàn)，圖 2.2(a)中只含有 WC 單一衍射峰，圖 2.2(b)、(c)分別對(duì)應(yīng)的是 Co、TiC 的衍射圖譜，均只含有原始粉末的單一衍射峰，原始粉末純度較高，衍射峰中未發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)峰。

圖 2.2 原始粉末 XRD 衍射圖： (a) WC; (b) Co; (c) TiCFig 2.2 XRD patterns of raw powders: (a) WC; (b) Co; (c) TiC2.3.3 原始粉末形貌實(shí)驗(yàn)中所用原始粉末形貌圖如圖 2.3(a)至 2.3(d)所示，粉末顆粒均勻分布，原始顆粒形態(tài)清晰可見(jiàn)，無(wú)明顯大的顆粒及團(tuán)聚現(xiàn)象。因?yàn)樵嫉?TiC 粉末顆粒較大，所以需要進(jìn)行球磨細(xì)化。圖 2.3(e)對(duì)應(yīng)的是球磨 24 h 后的 TiC 粉末形貌圖，跟圖 2.3(c)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2.3(e)中 TiC 顆粒發(fā)生碎化細(xì)化，無(wú)明顯的大的 TiC 顆粒。實(shí)驗(yàn)中所加的 TiC 粉末均為球磨細(xì)化后的 TiC 粉末。

圖 2.3 原始粉末 SEM 圖： (a) WC; (b) Co; (c) TiC; (d) C; (e) 細(xì)化后 TiCFig 2.3 SEM images of raw powders: (a) WC; (b) Co; (c) TiC; (d) C; (e) refining TiC2.4 試樣的制備硬質(zhì)合金的制備一般采用的是傳統(tǒng)的粉末冶金法，粉末冶金法是將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末）為原料，經(jīng)過(guò)混粉、造粒、壓制、燒結(jié)等工藝過(guò)程將粉末成型為塊體材料的過(guò)程。制備過(guò)程中的每一步工藝都會(huì)對(duì)硬質(zhì)合金產(chǎn)品的組織、結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生很大的影響，所以需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中的每一步工藝參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可簡(jiǎn)化成以下幾個(gè)步驟，流程圖如圖 2.4 所示。

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