【摘要】：與WC-Co硬質(zhì)合金相比,無(wú)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(chǎng)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(diǎn),是無(wú)粘結(jié)劑WC硬質(zhì)合金燒結(jié)的有效手段。本工作對(duì)無(wú)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(wú)粘結(jié)劑WC硬質(zhì)合金材料。(1)實(shí)驗(yàn)采用添加C來(lái)減少或消除高溫?zé)Y(jié)WC時(shí)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(duì)燒結(jié)合金物相的影響。實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)C添加量為0.65 wt.%時(shí),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(duì)無(wú)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(shí)間對(duì)材料的相對(duì)密度、維氏硬度和晶粒尺寸的影響,結(jié)果表明:材料的相對(duì)密度、維氏硬度和晶粒尺寸對(duì)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(duì)燒結(jié)壓力、燒結(jié)時(shí)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(shí)間6min,得到合金的相對(duì)密度、維氏硬度、晶粒度、KIC和抗彎強(qiáng)度分別為99.1%、27.5GPa、396 nm,4.5 MPa m1/2和1280MPa。(3)實(shí)驗(yàn)在合金粉末中添加微量Cr3C2及V8C7,以抑制WC晶粒長(zhǎng)大,提高材料的斷裂韌性,實(shí)驗(yàn)制備了無(wú)粘結(jié)劑WC-0.63 wt.%C-x wt.%Cr3C2及WC-0.63 wt.%C-x wt.%V8C7兩個(gè)系列的SPS合金樣品并研究了抑制劑對(duì)材料的物相、晶粒度及機(jī)械性能的影響,燒結(jié)溫度1800℃,燒結(jié)壓力70MPa,燒結(jié)時(shí)間6min。結(jié)果表明:在SPS燒結(jié)過(guò)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(qiáng)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(qiáng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TF125.3;TF124.5
【圖文】：

無(wú)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(cè)試采用阿基米德原理測(cè)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(cè)出，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)密度作為衡量WC樣品的燒結(jié)致密程度。WC樣品的相對(duì)密度是實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jì)算原理來(lái)計(jì)算

痕變形的度量單位。維氏硬度試驗(yàn)的精度高，重復(fù)性好，可比性高，因?yàn)椴煌脑囼?yàn)力測(cè)出的維氏硬度值都相同。維氏硬度值等于作用在測(cè)試樣品上的試驗(yàn)力與測(cè)試樣品上壓痕表面積的比值，實(shí)際測(cè)試中的維氏硬度壓痕如圖2-2所示。計(jì)算公式如下：2 21362FsinF 0.18912H 0.102 = 0.102FVA d d (2-3)式中 0.102 — 試驗(yàn)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(yàn)力(N)；A — 壓痕表面積(mm2)；d — 壓痕對(duì)角線的平均長(zhǎng)度(mm)，d=(d1+d2)/2，d1、d2是測(cè)量的兩對(duì)角線長(zhǎng)度值，即圖2-3中的AC和BD的長(zhǎng)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(cè)試前，要先對(duì)WC試樣進(jìn)行研磨拋光處理，得到平整的鏡面。實(shí)驗(yàn)中用到沈陽(yáng)科晶公司生產(chǎn)的磁性樹(shù)脂金剛石研磨片，粒度分別為800#、1500#、3000#。將切割機(jī)切下來(lái)的WC試樣在精密研磨拋光機(jī)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(guó);;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(cè)量及評(píng)價(jià)[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2001年05期

本文編號(hào)：2737089