超细晶硬质合金的发展.docx

超细晶硬质合金的发展贾佐诚Ξ(北京钢铁研究总院三室, 北京, 100081)摘 要 综述国内外近年来以W C 为基以 Co、N i 为粘结相的超细晶硬质合金的研究成果。介绍了添加限制W C 晶粒长大的抑制剂的种类、数量和加入时机、方法对合金的组织 和性能的影响, 以及与此相关的碳含量、粘结相含量、烧结温度和 H IP 处理对其组织和性 能的影响。同时, 介绍了抑制剂限制W C 晶粒长大的机理。关键词 抑制剂 疯长 抗弯强度 (Ρm ) 硬度 (HV )W C 颗粒越细在烧结过程中疯长的趋势。 为了获得1Λm 以下晶粒度合金, 通常添加控制W C 晶粒长大 的抑制剂V C、C r3C 2 , 除此之外, 添加的难熔碳化物还 有 T iC、Z rC、N bC、M o 2C、H fC、T aC 等。 抑制剂在液态粘结相里达到饱和状态时, 细化晶粒效果最佳, 这 个饱和状态取决于碳化物的化学稳定性, 具有低化学 稳定性的碳化物在粘结相里表现出高的饱和状态1 。配制W C - 20% Co 合金中的W C 平均粒度和各种碳 化物的单独添加量的关系示于图 1。为了消除碳含量对W C 晶粒成长速度的影响, 合金的碳含量全部定 在游离碳刚出现的区域。从图中可以看出诸碳化物抑序言1目前, 以W C 为基以 Co、N i 为粘结相的硬质合金的发展方向, 根据使用上的需要, 出现新的动态,即, 以提高强度为目标的细晶合金和以提高韧性为目 标的粗晶合金的两极分化趋势。 即便同一成份的合金, 由于粒度和组成的差异, 其物理机械性能也完全不同。 作为钻孔用的钻头等工具材料的W C - Co 系 列超细晶硬质合金的硬度、耐磨性等机械性能, 其组织越细, 这些性能当然越高。 细化晶粒的主要方法是添加限制晶粒长大的抑制剂。特别是控制小部分W C 晶粒的疯长, 疯长的晶粒是裂纹源之一。 以N i 代 Co 的硬质合金, 由于 N i 为 fcc 晶型, 合金硬度下降, 故 必须添加抑制剂, 粘结相合金化的同时, 晶粒也得以细化, 从而提高了合金的硬度和整体强度。 本文综述国内外几年来有关研究成果, 阐明以W C 为基的硬质合金添加限制W C 晶粒长大的抑制 剂的种类、数量、加入时机和方法对其组织和性能的影响, 并介绍与此相关的碳含量、粘结相含量、烧结温度和 H IP 处理等对其组织和性能的影响。同时, 详述了抑制剂限制W C 晶粒长大的机理。制剂控制W C 晶粒长大的效果顺序为: V C M o C 2C rC 2 N bC T aC T iC Z rC ? H fC; 而添加 1.5%( 克分子) ( 但M oC 2 为 0. 75% ( 克分子) , C r3C 2 为 0.5% (克分子) ) 的碳化物, 即碳化物金属原子数在溶液 中大致相同时(图中标记为黑心的合金) , 则抑制晶粒长大效果顺序为 V C N bC T aC T iC M o 2C C r3C 2 Z rC ? H fC。 这些关系在烧结温度为 1320～1480℃大致成立。 无论哪种情况, V C 抑制效果最明 显, 微量M o 2C 和 C r3C 2 的添加几乎没有抑制W C 晶粒长大的作用。各种碳化物在W C - 20% Co 合金 1400℃时溶液 中的溶解度示于表 1。碳化物的溶解度与抑制W C 晶 粒长大的效果密切相关, 即抑制效果大的 V C、C r3C 2 和M o 2C 的溶解度比其它碳化物大的多。2 添加抑制剂的品种W C - Co 合金中的W C 晶粒有随原料混合料中作者简介: 贾佐诚, 男, 高级工程师。 从事难熔金属材料和硬质合金的研究多年, 共发表论文 40 余篇, 译著多篇。Ξ综合评述第 1 期贾佐诚等: 超细晶硬质合金的发展·59·表 1 添加的碳化物和W C 在W C - x -20% Co 合金 1400℃×1 小时液相里的溶解度 (x 为添加的碳化物)添加的碳化物T iCV CC r3C 2Z rCN bCM o 2CH fCT aC% 重量% 克分子% 重量添加碳化物的溶解度 W C 的溶解度1. 51. 510103012106106401710310316 10 33 11 10 15 18 32 合金基体W C 晶粒亦越小。对于原料W C 粉的粒度导致在烧结时出现W C 晶粒疯长有一个临界值, 通过实验, 求得疯长的W C 晶粒数与原料W C 粉平均粒度的关系示于图 3。从图 中看到, 原料W C 粉的粒度为 0. 34Λm 以上的合金,烧结时间无论多长, 几乎没有发生疯长的W C , 而原 料W C 粉粒度在 0. 2Λm 以下无望通过添加V C 等来 制止W C 晶粒长