【摘要】：與WC-Co硬質(zhì)合金相比,無粘結(jié)劑燒結(jié)WC硬質(zhì)合金具有更高的硬度、耐磨性和抗氧化性,適用于高硬度、高耐磨性要求的場合,如消防高壓噴嘴等特耐磨零件。放電等離子燒結(jié)(SPS)具有燒結(jié)溫度低、活化粉末表面、晶粒度小等優(yōu)點,是無粘結(jié)劑WC硬質(zhì)合金燒結(jié)的有效手段。本工作對無粘結(jié)劑WC硬質(zhì)合金的SPS燒結(jié)工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究和優(yōu)化,以獲得性能優(yōu)異的無粘結(jié)劑WC硬質(zhì)合金材料。(1)實驗采用添加C來減少或消除高溫?zé)Y(jié)WC時伴隨出現(xiàn)的雜質(zhì)相W2C,采用高能球磨制備了WC-x wt.%C復(fù)合粉末并進(jìn)行SPS燒結(jié),研究C添加量對燒結(jié)合金物相的影響。實驗表明:當(dāng)C添加量為0.65 wt.%時,合金中的雜質(zhì)相W2C消失,獲得WC純相。(2)在此基礎(chǔ)上,選擇WC-0.63 wt.%C合金粉末進(jìn)行SPS燒結(jié)工藝參數(shù)對無粘結(jié)劑WC硬質(zhì)合金燒結(jié)性能的影響研究。研究燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力及燒結(jié)時間對材料的相對密度、維氏硬度和晶粒尺寸的影響,結(jié)果表明:材料的相對密度、維氏硬度和晶粒尺寸對燒結(jié)溫度敏感,它們隨燒結(jié)溫度的增加而明顯的增加;而對燒結(jié)壓力、燒結(jié)時間變化較緩慢。經(jīng)工藝優(yōu)化,綜合力學(xué)性能較好的工藝條件是:燒結(jié)溫度為1800℃、燒結(jié)壓力為70MPa、燒結(jié)時間6min,得到合金的相對密度、維氏硬度、晶粒度、KIC和抗彎強度分別為99.1%、27.5GPa、396 nm,4.5 MPa m1/2和1280MPa。(3)實驗在合金粉末中添加微量Cr3C2及V8C7,以抑制WC晶粒長大,提高材料的斷裂韌性,實驗制備了無粘結(jié)劑WC-0.63 wt.%C-x wt.%Cr3C2及WC-0.63 wt.%C-x wt.%V8C7兩個系列的SPS合金樣品并研究了抑制劑對材料的物相、晶粒度及機械性能的影響,燒結(jié)溫度1800℃,燒結(jié)壓力70MPa,燒結(jié)時間6min。結(jié)果表明:在SPS燒結(jié)過程中Cr3C2轉(zhuǎn)變成Cr C而V8C7保持不變;適當(dāng)?shù)奶砑恿靠梢垣@得最小的晶粒度,Cr3C2的最佳添加量為0.7 wt.%,得到合金樣品的WC晶粒尺寸、硬度、KIC、抗彎強度分別為327nm、26.73GPa、5.87 MPa m1/2和1098MPa,與未添加抑制劑樣品相比,硬度降低2.8%,但晶粒尺寸減小17%、KIC提高了30%。V8C7的最佳添加量為1.5 wt.%,得到合金樣品的WC晶粒尺寸、硬度、KIC、抗彎強度分別為298nm、26.62GPa、6.90 MPa m1/2、950MPa,與未添加抑制劑樣品相比,硬度降低3.2%,但晶粒尺寸減小24%、KIC提高52%。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF125.3;TF124.5
【圖文】：

無粘結(jié)劑 WC 的放電等離子燒結(jié)工藝研究11圖2-1 放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)的工作原理圖2.3 WC 硬質(zhì)合金的性能表征2.3.1 密度測試采用阿基米德原理測定WC硬質(zhì)合金樣品的密度，公式如下：21WC1 2H Omm m (2-1)其中m1為WC樣品在空氣中的質(zhì)量，m2為WC樣品懸浮在水中的質(zhì)量，水的密度用比重瓶測出，實驗中的純凈水是用陶氏水處理設(shè)備工程有限公司生產(chǎn)的實驗室純水設(shè)備制備。為了便于不同系列的WC樣品之間致密程度的比較，用相對密度作為衡量WC樣品的燒結(jié)致密程度。WC樣品的相對密度是實驗測量密度與理論密度的比值，考慮WC樣品中含有少量W2C（大約為1.0 wt.%），因此，WC樣品的理論密度用復(fù)合材料的密度計算原理來計算

痕變形的度量單位。維氏硬度試驗的精度高，重復(fù)性好，可比性高，因為不同的試驗力測出的維氏硬度值都相同。維氏硬度值等于作用在測試樣品上的試驗力與測試樣品上壓痕表面積的比值，實際測試中的維氏硬度壓痕如圖2-2所示。計算公式如下：2 21362FsinF 0.18912H 0.102 = 0.102FVA d d (2-3)式中 0.102 — 試驗力單位由kgf更換為N后需要乘以的系數(shù)，即1/g = 0.102（g為標(biāo)準(zhǔn)重力加速度）；F — 試驗力(N)；A — 壓痕表面積(mm2)；d — 壓痕對角線的平均長度(mm)，d=(d1+d2)/2，d1、d2是測量的兩對角線長度值，即圖2-3中的AC和BD的長度。圖2-2 維氏硬度壓痕 圖2-3 維氏硬度壓痕法分析圖WC合金試樣進(jìn)行維氏硬度測試前，要先對WC試樣進(jìn)行研磨拋光處理，得到平整的鏡面。實驗中用到沈陽科晶公司生產(chǎn)的磁性樹脂金剛石研磨片，粒度分別為800#、1500#、3000#。將切割機切下來的WC試樣在精密研磨拋光機上拋光

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 黃斌;宋謀勝;李建國;;放電等離子燒結(jié)的超細(xì)純碳化鎢的組織與性能[J];上海有色金屬;2007年04期

2 ;Consolidation and properties of ultrafine binderless cemented carbide by spark plasma sintering[J];Rare Metals;2008年03期

3 諶啟明,楊靖,單先裕,Jan Westerlund;熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J];稀有金屬與硬質(zhì)合金;2003年02期

4 劉伯威,樊毅,張金生,潘進(jìn);MoSi_2復(fù)合材料斷裂韌性的測量及評價[J];中國有色金屬學(xué)報;2001年05期

本文編號：2737089