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纳米碳化钨WC-Co硬质合金

纳米碳化钨WC-Co硬质合金
纳米碳化钨WC-Co硬质合金

碳化钨知识

碳化钨知识 1、概述 碳化钨粉(WC)是生产硬质合金的主要原料,国内主要生产企业有株州、自贡、南昌、旅顺硬质合金厂。每年生产的碳化钨粉主要供国内使用,部分出口到日本、美国、德国、意大利、法国、瑞典等国家。碳化钨为黑色六方晶体,有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热的良好导体。熔点2870℃, 沸点6000℃,相对密度15.63(18℃)。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸,易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎,若掺入少量钛、钴等金属,就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨,常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物,以提高抗爆能力。碳化钨 的化学性质稳定。 在碳化钨中,碳原子嵌入钨金属晶格的间隙,并不破坏原有金属的晶格,形成填隙固溶体,因此也称填隙(或插入)化合物。碳化钨可由钨和碳的混合物高温加热制得,氢气或烃类的存在能加速反应的进行。若用钨的含氧化合物进行制备,产品最终必须在1500℃进行真空处理, 以除去碳氧化合物。碳化钨适宜在高温下进行机械加工,可制作切削工具、窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴等。钨与碳的另一个化合物为碳化二钨,化学式为W2C,熔点为2860℃ ,沸点6000℃,相对密度17.15。其性质、制法、用途同碳化钨。 2、性质 碳化钨粉呈深灰色粉末,能溶于多种碳化物中,尤其是在碳化钛中的溶解度很大,形成 TiC-WC固熔体。 3、用途 碳化钨粉主要用于生产硬质合金。 4、产制 用金属钨粉和炭黑为原料,按一定比例配成混合料,将混合料装入石墨舟皿中,置于炭管 炉内或高中频感电炉中,在一定温度下进行炭化,再经球磨、筛分即得碳化钨粉。 5、质量规格 碳化钨粉的技术条件是GB/T4295—93,一般执行的是企业内控标准,部分企业技术条件 见下表。

硬质合金烧结原理

硬质合金烧结原理 所谓烧结就是将粉末压坯加热到一定温度(烧结温度)并保持一定的时间(保温时间),然后冷却下来,从而得到所需性能的材料,这种热处理工艺叫做烧结。 烧结使多孔的粉末压坯变为具有一定组织和性能的制品,尽管制品性能与烧结前的许多工艺因素有关,但是在许多情况下,烧结工艺对最终制品组织和性能有着重大的甚至是决定性的影响。 硬质合金的烧结过程是比较复杂的,但是这些基本知识又是必须掌握的。 4.1烧结过程的分类 烧结过程的分类方法很多,按烧结制品组元的多少可以分为单元系烧结和多元系烧结,如钨、钼条烧结属于单元系烧结,硬质合金绕结则属于多元系烧结。 按烧结时组元中相的状态分为固相烧结和液相烧结,如钨钼的烧结过程中不出现液相,属于固相烧结,硬质合金制品在烧结过程中会出现液相,属于液相烧结。按工艺特征来分,可分为氢气烧结、真空烧结、活化烧结、热等静压烧结等。许多烧结方法都能用于硬质合金的烧结。此外,还可以依烧结材料的名称来分,如硬质合金烧结,钼顶头烧结。 从学习烧结过程的实质来说,将烧结过程分为固相烧结和液相烧结两大类是比较合理的,但在生产中多按烧结工艺特点来进行分类。 4.2烧结过程的基本变化 硬质合金压坯经过烧结后,最容易观察到的变化是压块体积收缩变小,强度急剧增大,压块孔隙度一般为50%,而烧结后制品已接近理论密度,其孔隙一般应小于0.2%,压块强度的变化就更大了,烧结前压坯强度低到无法用一般方法来测定,压坯只承受生产过程中转移时所必备的强度,而烧结后制品却能达到满足各种苛刻工作条件所需要的强度值,显然制品强度提高的幅度较之密度的提高要大得多。 制品强度及其他物理机械能的突变说明在烧结过程中压块发生了质的变化。在压制过程中,虽然由于外力的作用能增加粉末体的接触面,而颗粒中表面原子和分子还是杂乱无章的,甚至还存在有内应力,颗粒间的联结力是很弱的,但烧结后颗粒表面接触状态发生了质的变化,这是由于粉末接触表面原子﹑分子进行化学反应,以及扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化,使颗粒间接触紧密,内应力消除,制品形成了一个强的整体,从而使其性能大大提高。 4.3烧结过程的基本阶段 硬质合金烧结过程可以分为四个基本阶段: 1.脱除成形剂及预烧阶段,在这个阶段烧结体发生如下变化: 1)成型剂的脱除,烧结初期随着温度的升高,成型剂逐渐分解或汽化,排除出烧结体,与此同时,成型剂或多或少给烧结体增碳,增碳量将随成型剂的种类、数量以及烧结工艺的不同而改变。 2)粉末表面氧化物被还原,在烧结温度下,氢可以还原钴和钨的氧化物,若在真空脱除成型剂和烧结时,碳氧反应还不强烈。 3)粉末颗粒间的接触应力逐渐消除,粘结金属粉末开始产生回复和再结晶,表面扩散开始发生,压块强度有所提高。 2.固相烧结阶段(800℃--共晶温度) 在出现液相以前的温度下,除了继续进行上一阶段所发生的过程外,固相反应和扩散加剧,塑性流动增强,烧结体出现明显的收缩。 3.液相烧结阶段(共晶温度--烧结温度)

硬质合金

1 硬质合金的概念 硬质合金是以高硬度、耐高温、耐磨的难熔金属碳化物(WC、TiC、CrZC3等)为主要成分,用抗机械冲击和热冲击好的铁族金属(Co、Mo、Ni等)作粘结剂,经粉末冶金方法烧结而成的一种多相复合材料[1]。硬质合金也是由难熔金属硬质化合物(硬质相)和粘结金属经粉末冶金方法制成的高硬度材料[2]。 难熔金属硬质化合物通常指元素周期表第IV、V、VI族中过渡元素的碳化物,氮化物,硼化物和硅化物。硬质合金中广泛使用的是碳化物,主要是碳化钨和碳化钽。这些碳化物的共同特点是:熔点高,硬度高,化学稳定性好,热稳定性好,常温下与粘结金属的相互溶解作用很小等。 粘结金属应当符合下列要求:硬质合金的工作温度(1000℃)下不会出现液相;能较好的润湿碳化物表面;在烧结温度下不与碳化物发生化学反应;本身的物理力学性能较好等。铁族金属及其合金能不同程度地满足上述要求。其中最好的是钴,其次是镍,铁很少单独使用。 钨钴类硬质合金它由WC和Co组成,代号为YG,相当于ISO的K类。我国常用的牌号有YG3,YG3X,YG6,YG6X,YG8等。代号后面的数字为该牌号合金含钴量的百分数,X为细晶粒组织,无X为中晶粒组织。随含钴量增加,材料抗弯强度和冲击韧性增加,但硬度,耐热,耐磨性逐渐下降。YG类硬质合金主要用于加工硬,脆的铸铁,有色金属和非金属材料。一般不宜于加工钢料,因为切钢时切削温度比较高,容易产生粘结与扩散磨损而使刀具迅速钝化。但细晶粒组织的这类合金可用于加工一些特殊硬铸铁,不锈钢,耐热合金,钛合金等材料,因这时切削力大并集中于切削刃附近易崩刃,而YG合金的强度,韧性较好,导热性也不错,能达到良好的效果。在YG类合金中添加少量的TaC(NbC)时,可明显提高合金的硬度,耐磨性,耐热性而不降低韧性,如YG6A,YG8A,(YG813)等牌号[3]。 至今硬质合金经历了飞速的发展,从普通合金到亚微米级(0.5~1μm)晶粒合金,再到超细级(0.1~0.5μm),以及至今的纳米级(≤0.1um)硬质合金。 2 YG类硬质合金的组成结构 2.1 YG类硬质合金简介 硬质合金的基体由两部分组成:一部分是硬化相;另一部分是粘结金属。硬化相是元素周期表中过渡元素的碳化物,如碳化钨、碳化钛、碳化钽,它们的硬度很高,熔点都在2000℃以上,有的甚至超过4000℃。另外,过渡金属的氮化物、硼化物、硅化物也有类似的特性,也可以充当硬质合金中的硬化相。硬化相的存在决定了合金具有极高硬度和耐磨性。粘结金属一般是铁族金属,常用的是钴和镍。因此,硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC)微米级粉末为主要成分,以钴(Co)或镍(Ni)、钼(Mo)为粘结剂,在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。 钨钴类硬质合金(YG)主要成分是碳化钨(WC)和粘结剂钴(Co),即以碳化钨为基体,在其中加入粘结剂钴而形成的硬质合金。常用牌号YG3、YG6、YG8,其中数字表示含钴量的百分率,含钴量愈多,韧性愈好,愈耐冲击和振动,但会降低硬度和耐磨性。钨钴硬质合金品种繁多,按其成分可分为低钴、中钴和高钴合金3类;按其WC晶粒大小可分为微晶粒、细晶粒、中等晶粒和

超细晶硬质合金的制备

第35卷第4期稀有金属与硬质合金V01.35№.42OO7年12月RareMetalsandCementedCarbidesDec.20O7 ?试验与研究? 超细晶硬质合金的制备 谢海根1’2,易丹青1,黄道远1,李荐1,刘刚2,刘瑞1 (1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083; 2.崇义章源钨制品有限公司,江西崇义341300) 摘要:以纳米wC粉末与超细钴粉为原料,采用行星球磨混料一压制成形一氢气脱胶一真空烧结工艺制备了Wc一10Co超细晶硬质合金。研究表明,采用行星球磨混料获得的混合料分散均匀,颗粒细小且成形性好。采用该混合料在1360℃下真空烧结制备的超细硬质合金其平均晶粒尺寸约o.34"m,抗弯强度3100MPa,硬度HV60为1900,断裂韧性lo.3MPa?m“2 关键词:纳米;超细晶;硬质合金;wC粉;钴粉 中图分类号:TF125.3文献标识码:A文章编号:1004一0536(2007)04一oOl4一04 PreparationofUltra—fineGrainedHardMetals XIEHai—genl”,YIDan—qin91,HUANGDao—yuanl,LIJianl,LIUGan2,LIURuil(1.SchoolofMaterialScienceandTechnology,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China; 2.ChongyiZhangyuanTungstenCo.,Ltd,Chongyi341300,China) Abstract:SuperfinecrystallineWC一1OCohardmetalispreparedfromnano—meterWCandsuperfineCopowderbytheprocessofplanetballmilling—pressing—hydrogendegummingandvacuumsintering.Thetestresultsshowthattheuseofplanetm订lingresultedinevenlydistributedfine—grainedmixturewithgoodcompactability.ThesuperfinehardmetalpreparedbyvacuumsinteringhasparticlesizeaboutO.34“m,bendingstrength3100MPa,hardness1900kg/mm2,fracturetoughness10.3MPa?m1/2. Keywords:nanometer;superfinegrain;hardmetal;tungstencarbide;Copowder 前言 硬质合金具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能,在切削加工、凿岩采矿、成型模具、耐磨零件等方面得到了越来越广泛的应用。 硬质合金合金自问世以来,其强度和硬度之间就一直是一对“不可调和的矛盾”。制造业的飞速发展,对硬质合金刀具材料提出了越来越高的要求,在要求高强度的同时还要求高硬度,即所谓的“双高合金”。研究表明,当WC的晶粒尺寸减小到亚微米以下时,硬质合金材料的硬度和耐磨性、强度和韧性均获得了提高。因此,超细WC—Co硬质合金开发及应用,成为超硬工具领域竞相研究的热点阻5|。 2试验内容与方法 2.1试验过程 本研究采用崇义章源钨制品有限公司生产的纳米钨粉,在常规碳化设备中进行低温通氢碳化制备纳米WC粉末,再与超细钴粉混合,经压制、脱胶、真空烧结等工艺制备超细晶WC一10Co硬质合金。2.2粉末样品的分析检测 采用日本理学D/max2550VB+X射线衍射仪对粉末样品进行物相和晶粒度分析,通过式口一忌A/(Dcos口) 收稿日期:2007一05—21 作者简介:谢海根(1968一),男,高级工程师,在读硕士研究生,从事超细硬质合金的研究工作。

硬质合金烧结方法的新进展

硬质合金烧结方法的新进展 1 前 言烧结是硬质合金生产过程的最后一道工序 ,也是最基本、最关键的一道工序,烧结前工序中的某些缺陷在一定范围内可以通过调整烧结工艺加以纠正 ,而由烧结造成的废品一般无法通过以后的工序来挽救 ,因此烧结工艺和装备选择是否恰当,对烧结产品的质量有着决定性的影响。长久以来 ,在实际生产中逐渐形成了多种烧结方法 ,较为传统的包括氢气烧结、真空烧结、热等静压烧结、真空后续热等静压、烧结热等静压等。80年代纳米结构问世之后,又逐渐形成了新型烧结方法,如微波烧结、放电等离子烧结等。下面就这几种烧结技术特别是纳米硬质合金烧结技术做一综合介绍。2 氢气烧结将压坯装在石墨舟中 ,再充填一定含碳量的氧化铝填料或石墨颗粒填料,通常是装入连续推进式的钼丝炉内,在氢气保护下进行烧结,这个过程就是氢气烧结<1 > 。氢气烧结的特点是 :能够提供还原性气氛 ;需要预烧结来清除压制时添加的成形剂。氢气烧结虽然曾在较长时期内被广泛采用,甚至目前还有少数厂家采用它 ,但经过长期实践 ,人们发现它存在许多不足。钼丝刚玉管炉的优点是结构简单、炉子功率小、炉管寿命长,但是炉温控制不准、炉内气氛变化大、产品容易渗碳、脱碳。另外 ,其烧结过程是在正压下进行的 ,产品内部的孔隙不能充分得到消除 ,留有残余孔隙 ,一些氧化物杂质也不能较好地挥发排除掉<2 > 。3 真空烧结硬质合金的真空烧结始于上世纪三十年代 ,而到六十年代才获得较大的发展。所谓真空烧结 ,就是在负压的气(汽)体介质中烧结压制的过程。真空烧结与氢气烧结相比,可以提高炉气纯度,同时负压改善了粘结相对硬质相的润湿性。真空烧结具有如下优点 :(1 )能够更好地排除烧结体中Si、Mg、Ca等微量氧化物杂质 ,从而提高硬质合金的纯度;(2 )真空下气相的渗碳、脱碳作用大大减少,易于保证最终合金的碳含量,控制合金的组织结构;(3)可以降低烧结温度或保温时间,防止碳化物晶粒的不均匀长大;(4)烧结品残留孔隙比氢气烧结少,可提高合金的密度和机械性能;(5 )烧结时产品不用填料隔开和保护 ,操作简单 ,而且产品表面无粘附物和白亮的金属铝沉积物。其缺点是 :其产品内部有少量孔隙和缺陷。4 热等静压法用真空烧结法制备硬质合金 ,产品内部的残余孔隙和缺陷一直是人们关注和深入探索的问题 ,而热等静压正是解决这一问题的有效方法。把粉末压坯和装入特制容器内的粉末体(即粉末包套)置入热等静压机高压容器中,施以高温和高压,使这些粉末被压制和烧结成致密的零件或材料的过程称为粉末热等静压烧结工艺<3> 。粉末热等静压的工艺原理是 ,粉末体 (粉末压坯或包套内的粉末 )在等静压高压容器内同时经受高温和高压的联合作用 ,强化了

纳米晶硬质合金棒材.doc

关于全面应用社保卡就医有关问题的通知 各区县、高新区、文昌湖区人力资源和社会保障局,各有关单位:我局2015年5月12日下发了《关于全面使用社保卡就医购药有关事项的通知》(淄人社字[2015]141号),自2015年7月1日起,参保人就医购药全面使用中华人民共和国社会保障卡(以下简称“社保卡”),原门诊、住院提供的就医无卡结算功能将停止运行,未使用社保卡就医购药的,医疗保险基金不予结算。为做好这项工作的推广落实,现就相关问题通知如下: 一、社保卡领取 (一)领卡环节 领卡地点:办卡网点即领卡网点。 领卡材料:个人领卡的须持领卡通知单、身份证;单位领卡须持领卡通知单及申领人员名单。 领卡日期:以领卡通知单领卡日期为准。 特殊情况:学校批量办卡的,应联系所选银行落实领卡。 (二)常见问题处理 1、领卡通知单丢失 个人丢失的,社保卡服务网点留存领卡人有效身份证件复印件;单位丢失的,由单位出具介绍信说明情况(包含办理人

姓名、身份证号码、领取人姓名、身份证号码,需领取卡数量等)。 2、代领手续 代领人应同时携带经办人、代领人有效身份证件。 3、单位办卡领取 通过单位、学校、社区批量办理的,必须由单位、学校、社区统一领取后发放给参保人。 4、领卡网点查询 可以登陆淄博市人力资源和社会保障网或者拨打12333查询领卡网点。 二、村居卫生室联网及社保卡读卡器 我市于2013年12月13日下发了《关于加快推进村卫生室联网工作的通知》,文件对运营商线路带宽和资费,运营商联系方式、地址,社会保障卡读卡器参考选型及购买方式等进行了详细的说明,请各相关单位再次进行核实,及时购买,确保7月1日全面使用社保卡就医购药工作的顺利开展。简列社保卡读卡器参考选型及购买方式如下:

纳米金属材料的制备方法

纳米硬质合金制备技术 纳米硬质合金具有很高的强度、硬度等力学性,能同时还具有普通超细合金难以获得的高导热特性(普通超细合金的导热性能随着晶粒度的减小而降低,瑞典的Sandvik公司就以硬质合金的导热性发生突变时合金晶粒度的临界值作为纳米硬质合金判据,认为晶粒度小于0.3μm的合金即可称为纳米硬质合金)。控制烧结过程中的晶粒长大是制备纳米硬质合金块体材料的关键,随着纳米(晶)硬质合金粉末制备技术的成熟,纳米(晶)硬质合金粉末的烧结研究成为材料研究领域的热点。 纳米晶粉末存在着很大的表面能和晶格畸变能,在烧结热处理中这些能量被充分释放,具体表现为晶粒迅速长大和快速致密化。在保证致密化的前提下,有效控制烧结过程中的晶粒长大成为纳米硬质合金制备技术的难点。为了抑制烧结晶粒长大,可在粉末中添加晶粒长大抑制,但添加抑制剂并不能有效地将晶粒控制在100nm以内,于是又发展了众多新的烧结方法,以期通过压力、电磁等活化作用来实现低温短时烧结,进一步控制晶粒长大。以下将对纳米硬质合金新型烧结技术进行简要介绍。 1 压力烧结 在烧结时施加压力可以加快烧结时的颗粒重排,快速实现致密化,消除孔隙,较有效控制烧结过程的晶粒长大。压力烧结主要有低压烧结、热等静压、热压、超高压烧结和爆炸烧结等。 1.1低压烧结 目前人们研究较多并且在工业中被广泛应用的是低压烧结。低压烧结将成形剂脱除、真空烧结和热等静压合并在同一设备中进行,最终烧结阶段采用氢气保护,压力一般为4~6MPa,可实现快速冷却。在低压烧结过程中,大部分收缩发生在真空烧结阶段,在加压阶段消除显微孔隙,使烧结体完全致密。其工艺主要优点为钻池几乎可以完全被消除,孔隙度显著降低,制品内部的缺陷得到有效控制合金的组织结构细小均匀。由于烧结和加压在同一设备中进行,不易造成产品的氧化和脱碳,还可通过引人碳势气体(如CH4等)来调整合金中的碳含量。 1.2热等静压

硬质合金材质介绍

硬质合金材质介绍 涂层硬质合金CVD YBC151:高耐磨性的基体与MT- TiCN、厚Al2O3、TiN涂层的组合;适合于钢材的精加工。YBC251:刃口安全性良好的韧性基体与MTTiCN、厚Al2O3、TiN涂层的极佳组合;适合于钢材的半精加工。 YBC351:高强度与抗塑性变形基体与M T -TiCN、厚Al2O3、TiN涂层的结合;具有好的韧性及抗塑性变形,适合于钢材的粗加工。 YBM351:特殊组织结构基体与TiCN、薄Al2O3、TiN涂层结合,具有良好的抗扩散磨损性及抵抗塑性变形能力,同时具良好抗冲击性能,适合于不锈钢的精加工、半精加工及粗加工。YBM251:韧性和强度好的基体与TiCN、薄Al2O3、TiN涂层结合,适合于不锈钢的半精加工及粗加工。 YBD151:高耐磨性基体与MT- Ti (CN) 、厚Al2O3、TiN 涂层的极佳组合,适合于铸铁材料的精加工及半精加工。 黑金刚刀片第二代YBC YBC152:厚TiCN和厚Al2O3涂层,在冲击韧性提高的同时,耐磨性有大幅度提高,是钢材精加工到半精加工高速切削的理想选择。切削速度可以提高25%以上;在相同切削速度下,刀具寿命可提高到30%以上。 YBC252:采用厚TiCN和厚Al2O3涂层,有极强的抗塑性变形能力和刃口强度,是钢材从精加工到粗加工的通用首选牌号。在高去除率切削参数下或恶劣的工况下都有稳定表现,并能实现更加绿色环保的干式切削。在相同切削条件下,可提高切削速度25%以上;在同样切削速度下,刀具寿命可提高30%以上。 黑金刚刀片第二代YBD YBD052:CVD涂层牌号,(超厚Al2O3+厚TiCN)涂层与坚硬基体结合,表面光滑,晶粒超细。在灰口铸铁的干式高速切削时体现了极好的耐磨性。 YBD102:CVD涂层牌号,(厚Al2O3+厚TiCN)涂层与坚硬基体结合,在球墨铸铁的高速加工时体现了良好的耐磨性和抗冲击能力。 YBD152:CVD涂层牌号,(中厚Al2O3+厚TiCN)涂层与坚硬基体结合,良好的抗剥落性,适合于铸铁中高速车削加工,在中速时还能承受轻微断续切削。此牌号应用于铸铁的铣削时也有较强的通用性。 YBD252:CVD涂层牌号,(中厚Al2O3+厚TiCN)涂层与坚硬基体结合,耐磨性和韧性良好结合,适用于有韧性要求的铸铁(例如球墨铸铁)的中低速湿式铣削,也适合断续条件下的车削加工。 涂层硬质合金 PVD 纳米涂层新牌号 ● 特殊的涂层工艺,使刀片表面光滑,降低摩擦力,排屑更流畅。 ● 独特的纳米结构涂层,与基体结合更加紧密,韧性和硬度更高。 ● 良好的热稳定性和化学稳定性为切削刃提供更有效的保护。

碳化钨

碳化钨粉(WC)是生产硬质合金的主要原料,化学式WC。全称为 Wolfram Carbide, 也译作tungsten carbide为黑色六方晶体,有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热的良好导体。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸,易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎,若掺入少量钛、钴等金属,就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨,常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物,以提高抗爆能力。碳化钨的化学性质稳定。 应用与用途 1. 大量用作高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等制得。 2.用于制造切削工具、耐磨部件,铜、钴、铋等金属的熔炼坩埚,耐磨半导体薄膜。 3、用作超硬刀具材料、耐磨材料。它能与许多碳化物形成固溶体。WC-TiC-Co硬质合金刀具已获得广泛应用。它还能作为NbC-C及TaC-C 三元体系碳化物的改性添加物,既可降低烧结温度,又能保持优良性能,可用作宇航材料。

硬质合金对碳化钨WC 粒度的要求 不同用途的硬质合金采用不同粒度的WC(碳化钨)。硬质合金切削刀具:比如切脚机刀片、V-CUT刀等精加工合金采用超细、亚细、细颗粒WC,粗加工合金采用中颗粒WC,重力切削和重型切削的合金采用中、粗颗粒WC做原料;矿山工具:岩石硬度高,冲击负荷大,采用粗颗粒WC,岩石冲击小冲击负荷小采用中颗粒WC做原料;耐磨零件:当强调其耐磨性、抗压和表面光洁度时,采用超细、亚细、细、中颗粒WC做原料,耐冲击工具采用中、粗颗粒WC原料为主。 WC理论含碳量为6.128%(原子50%),当WC含碳量大于理论含碳量,则WC中出现游离碳(WC+C)。游离碳的存在,烧结时使其周围的WC晶粒长大,致使硬质合金晶粒不均匀。碳化钨一般要求化合碳高(≥6.07%),游离碳(≤0.05%),总碳则决定于硬质合金的生产工艺和使用范围。 正常情况下,石蜡工艺真空烧结用WC总碳主要决定于烧结前压块内的化合氧含量。含一份氧要增加0.75份碳,即WC总碳=6.13%+含氧

【机械要点】国内高性能硬质合金取得突破性进展

张小只智能机械工业网 张小只机械知识库国内高性能硬质合金取得突破性进展 我国的硬质合金工业已有了60多年的发展历史,已经算得上是硬质合金的大国。根据我国钨业协会硬质合金分会的统计数据,近三年(2012—2014)国内硬质合金的年产量为2.2—2.5万吨,占全球总产量的40%以上。而虽然硬质合金的生产量和消费量我国位居世界前列,但是就制造水平和技术水平而言,我国还相对落后,无法成为硬质合金强国。针对我国硬质合金工业发展所出现的瓶颈,国家开展了多个科研项目,建立了专门的硬质合金研发团队,历经了十余年的基础研究和技术开发工作,研发出超细纳米硬质合金规模化制造设备与工程应用系列新技术,并与过内硬质合金企业紧密合作开发出高附加值的硬质合金材料和制品,向着高端应用领域发展。 随着现代制造业的迅速发展和各种新型难加工材料的问世,对硬质合金工模具产品的质量和性能提出了越来越苛刻的要求。对WC基硬质合金而言,与传统的粗晶(通常指平均晶粒尺寸13微米)硬质合金相比,超细晶(平均晶粒尺寸200—500纳米)和纳米晶(平均晶粒尺寸200纳米以下)硬质合金具有高硬度、高强度以及优良的耐磨耐蚀性和断裂强度,是高效率、高精度的钻孔、切削、铣磨等高端加工技术领域不可或缺的重要材料。从上个世纪90年代后期到本世纪初,纳米硬质合金材料涌现出各种制备新方法。随后几年发展纳米结构、力学性能的精细表征与对比分析,再到近年来超细纳米硬质合金规模化制备与工业应用成为国际上高度重视、体现前沿竞争力的研发焦点,这期间经历了纳米硬质合金众多制备方法的更迭演变。常见的如溶胶-凝胶/共沉淀法、等离子体法等,它们主要还是限于实验室微量合成纳米WC粉末;放电等离子烧结、超高压固结等仅限于实验室制备形状简单且三维尺寸小的纳米多晶材料;喷雾转化法可以批量合成纳米WC类粉末;低压烧结可以实现高性能硬质合金的规模化生产。然而,喷雾转化法复杂的操作步骤、高的工艺成本、苛刻的控制精度,极大地限制了该技术在我国制备纳米WC类粉末的推广应用;在低压烧结硬质合金方

碳化钨

碳化钨的性质 化学式WC。为黑色六方晶体,有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热良好导体。熔点2870℃,沸点6000℃,相对密度15.63(18℃)。碳化钨不溶於水、盐酸和硫酸,易溶於硝酸-氢氟酸混合酸中。纯碳化钨易碎,若掺入少量钛、钴等金属,就能减少脆性。用作钢材切割工具碳化钨,常加入碳化钛、碳化钽或它们混合物,以提高抗爆能力。碳化钨化学性质稳定。 在碳化钨中,碳原子嵌入钨金属晶格间隙,并不破坏原有金属晶格,形成填隙固溶体,因此也称填隙(或插入)化合物。碳化钨可由钨和碳混合物高温加热制得,氢气或烃类存在能加速反应进行。若用钨含氧化合物进行制备,产品最终必须在1500℃进行真空处理,以除去碳氧化合物。碳化钨适宜在高温下进行机械加工,可制作切削工具、窑炉结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴等。 钨与碳另一个化合物为碳化二钨,化学式为WC,熔点为2860℃,沸点6000℃,相对密度17.15。其性质、制法、用途同碳化钨。 所以碳化钨有毒 用于生产各种合金;1. 大量用作高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等制得。 2.用于制造切削工具、耐磨部件,铜、钴、铋等金属的熔炼坩埚,耐磨半导体薄膜。;用于制造切削工具、耐磨部件,铜、钴、铋等金属的熔炼坩埚,耐磨半导体薄膜。 生产方法:1.以金属钨和炭为原料,将平均粒径为3~5μm的钨粉与等物质的量的炭黑用球磨机干混,充分混合后,加压成型后放入石墨盘,再在石墨电阻炉或感应电炉中加热至1400~1700℃,最好控制在1550~1650℃。在氢气流中,最初生成W2C,继续在高温下反应生成WC。或者首先将六羰基钨[W(CO)6]在650~1000℃、CO气氛中热分解制得钨粉,然后与一氧化碳于1150℃反应得到WC,温度高于该温度可生成W2C。 2.将三氧化钨WO3加氢还原制得钨粉(平均粒度3~5μm)。再把钨粉与炭黑按等摩尔比的混合物(用球磨机干混约10h),在1t/cm2左右的压力下加压成型。将该加压成型料块放进石墨盘或坩埚内,用石墨电阻炉或感应电炉在氢气流中(使用露点为-35℃的纯氢)加热至1400~1700℃(最好是1550~1650℃),使之渗碳则生成WC。反应从钨粒周围开始进行,因为在反应初期生成W2C,由于反应不完全(主要是反应温度低)除WC之外尚残存有未反应的W及中间产物W2C。所以必须加热到上述高温。应该根据原料钨的粒度大小来确定最高温度。如平均粒度为15 0μm左右的粗粒,则在1550~1650℃的高温下进行反应。制备WC的反应装置如下:图VI-7 气相分解法的制备WC的反应装置 1—柱塞;2—阀门;3—CO气;4—电炉;5—石英粒;6—不锈钢罐;7—瓷反应管 2.气相分解法。这是将六羰基钨W(CO)6经热分解制得钨粉。然后用一氧化碳气进行渗碳而制备WC的方法。本法的特点在于:不需要制法1那样的高温,而是用比较简单的反应装置并在低温(1150℃)下就能容易制得WC。如图Ⅵ 7所示。将填充石英等颗粒的不锈钢罐装到立式瓷制反应管中,在CO气流中,将W(CO)6迅速加热到分解温度,首先得到钨粉。此时,即使把分解温度从650℃升到1000℃,所产生的钨粉大小几乎不变。用约1mm的W(CO)6结晶,可制得6~10μm的钨粉。从W变成WC,可接着使用如图所示装置,在CO气流中,于1150℃下保持1h就可以了。如果温度再升高,由于生成含碳少的W2C,所以加热时需要加以注意。

WC-Co纳米晶的制备

粉体工程课程设计 WC-Co纳米晶的制备 吉林大学 材料学院 420902班 组长:张少林 组员:曹甫、朱欢、陈恺、李梦欣

硬质合金中WC-Co纳米晶的制备 摘要本文综述了WC-Co纳米晶硬质合金的特点和发展历程、现状 及应用领域,重点介绍了WC-Co纳米晶的制备方法及工艺,提出了 一种新的WC-Co纳米晶粉末的制备方法,介绍了一些最新的科技成果,并对其发展前景作出了展望。 前言在所有的硬质合金中,碳化钨(WC) 占据着相当突出的地位,约 98 %以上的硬质合金中都含有WC ,其中50 %以上是纯的WC-Co合金[1]。纳米硬质合金是以纳米级的WC 粉末为基础原料,在添加适当粘 结剂和晶粒长大抑制剂的条件下,生产出的具有高硬度、高强度、高 韧性的硬质合金材料,其性能比常规硬质合金明显提高,广泛应用于精 加工难切削材料切削刀具、精密模具、电子行业微型钻头、矿山工 具、耐磨零件等领域[2]。在烧结硬质合金领域,相对于传统的粗晶 硬质合金,超细和纳米晶粒组织的硬质合金块体材料具有更高的硬 度、耐磨性、抗弯强度和韧性 [3]。近年来国内伴随着汽车工业、制 造业和建筑行业的大幅度发展,必将大量需求高性能的超细晶乃至 纳米晶硬质合金材料,因此WC-Co纳米晶的制备就成了关键。 WC-Co纳米晶的研究意义及应用 主要应用领域有如下几方面: 微切削加工:典型的产品是用于印刷电路板加工的微型钻头, 预计2005年微型钻头的需求数量达500x106,需要2O00吨超细合金。 2000年微型钻的平均晶粒度约为0.4μm,而2005年达到0.2μm,硬

度达2000HV30以上,而C样的抗弯强度性能达到5000MPa以上。可靠 的刃口抗崩刃性能和抗磨损性能是印刷电路板微型钻的技术关键, 只有WC晶粒度在0.4μm以下的合金才能有效的满足这种要求。 金属切削:在过去的10年~15年硬质合金切削工具市场得到了 较快的增长,主要是亚微米晶粒尺寸以下硬质合金切削工具的增长。金属切削工具主要包括钻铰孔刀具、端铣刀具、车削刀片。钻铰孔 刀具亚微米晶粒硬质合金用量占亚微米晶粒硬质合金总产量的50%,一般使用WC晶粒为0.8μm,Co含量为10%的硬质合金,这种牌号的 合金具有硬度,断裂韧性和磨损性能的良好结合,PVD涂层则对提高 合金的扩散磨损和氧化磨损能力以及刀尖的粘着磨损能力起了关键 作用。0.5μm合金在摩擦磨损失效形式为主时,可提高工具寿命50%,在其他失效形式下,工具寿命提高很少,或不会提高。当钻 头直径小到3mm以下时,特别是对于有内冷却孔的钻头,断裂强度成 为关键,采用0.5μm合金具有优势。端铣刀具的基体常使用WC晶粒 度大于0.8μm的硬质合金基体。最近的研究表明,对于精铣或半精 铣淬硬的模具钢,采用WC晶粒度小于0.5μm的硬质合金基体可显著 提高铣刀的寿命。更细晶粒硬质合金可使铣刀刃口磨得更加锋利, 且能够较长时间保持刃口的锐度。对于软钢或不锈钢的粗铣,通常 采用特殊结构的排屑槽以减小铁屑的宽度,使排屑更容易。这种特

K类硬质合金由碳化钨

K类硬质合金由碳化钨(WC)和钴(Co0组成,抗弯强度和韧性好,是用于加工铸铁,硬青铜等脆性材料或冲击很大的场合。此类合金与钢的粘结温度较低(640°C左右)与钢摩擦时,其耐磨性较差。因此不能切削钢件,但在切削难加工材料或振动较大的特殊情况时,由于切削速度不高,而对刀具强度和韧性要求较突出,采用K类合金比较合适。K类合金的牌号有Y G3、YG6、YG8等,牌号中的数字表示钴含量的百分比,其余为碳化物。合金中含钴量较多的(如YG8)其硬度较低,而韧性好,适合于粗加工。含钴量较少的(如YG3)其硬度、耐磨性和耐热性较高,适用于精加工。P类硬质合金由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类合金的耐磨性和抗粘附性好,能承受较高的切削温度,适用于加工钢或其他韧性较大的塑性金属。但由于它较脆,不耐冲击,因此不能加工脆性金属。P类硬质合金有YT5、YT5、YT30等。牌号中的数字表示碳化钛含量的百分数。合金中碳化钛含量较少者,含钴量多(如YG5)抗弯强度高,较能接受冲击,适于粗加工。反之,适于精加工。YW类合金是P类合金中添加少量碳化钽或碳化铌而形成。他的抗弯强度、冲击韧性以及与钢的粘结温度均高于P类合金,使之既可以加工铸铁、有色金属,又可以加工碳素钢、合金钢。常用牌号有YW1、Y W2。它主要加工高温合金、高锰钢、不锈钢以及可锻铸铁、合金铸铁等难加工材料。各种用途的刀具磨法都不一样,需要在实践中不断摸索,总之,脆性金属刀具后角小,韧口可以厚一点,一般不磨卷屑槽。塑性金属要磨出卷屑槽(也叫断屑槽)后角适当磨大一些,以减小摩擦。不过,随着数控机床的普及,机械夹固式刀具的大范围使用,这种手工刃磨的刀具势必越来越少使用,最终被淘汰

硬质合金真空烧结

硬质合金真空烧结 硬质合金的烧结为液相烧结,即再黏结相呈液相的条件下进行。将压坯在真空炉中加热到1350℃—1600℃。烧结时压坯的线收缩率约为18%,体积收缩在50%左右,收缩量的准确值取决于粉末的粒度和合金的成分。 硬质合金的烧结是一个复杂的物理化学过程,株洲三鑫硬质合金生产有限公司友情出品。这一过程包括增塑剂脱除、脱气、固相烧结、液相烧结、合金化、致密化、溶解析出等过程。压坯在特定烧结条件下形成具有一定化学成分、组织结构、性能和形状尺寸的制品。这些工艺条件依不同的烧结装置具有较大的差异。 硬质合金真空烧结是在低于1atm(1atm=101325Pa)下进行烧结的工艺过程。在真空条件下烧结,大大降低了粉末表面吸附气体和封闭孔隙内气体对致密化的阻碍作用,有利于扩散过程和致密化的进行,避免了烧结过程中金属与气氛中某些元素的反应,可显著改善液体黏结相与硬质相的湿润性,但真空烧结要注意防止钴的蒸发损失。 真空烧结一般可以分为四个阶段,即增塑剂脱除阶段、预烧阶段、高温烧结阶段、冷却阶段。 增塑剂脱除阶段是从室温开始升温到200℃左右,压坯中粉末颗粒表面吸附的气体在热的作用下脱离颗粒表面,不断从压坯中逃逸出来。压坯中的增塑剂受热化逸出压坯。保持较高的真空度有利于气体的解除和逸出。不同种类增塑剂受热变化的性能不尽相同,制定增塑

剂脱除工艺要根据具体情况进行试验确定。一般增塑剂的气化温度在550℃以下。 预烧阶段是指高温烧结前进行预烧结,使粉末颗粒中的化合氧与碳发生还原反应,生成一氧化碳气体离开压坯,如果这种气体在液相出现时不能排除,将成为封闭孔隙残留在合金中,即使加压烧结,也难以消除。另一方面,氧化存在会严重影响液相对硬质相的湿润性,最终影响硬质合金的致密化过程。在液相出现前,应充分得脱气,并采用尽可能高得真空度。 高温烧结阶段是硬质合金压坯发生致密化得关键阶段,而烧结温度及烧结时间是压坯实现致密化、形成均匀得组织结构、获得所要求性能的重要工艺参数。烧结温度及烧结时间取决于合金成分、粉末粒度、混合料的研磨强度等因素,也受材质总体设计的制约。 冷却阶段是冷却速度影响合金的黏结相成分及结构,产生内部应力。冷却速度应处于受控制状态。烧结热等静压是一种新的烧结技术,也称为低压烧结,在完成脱气,压坯表面孔隙已经封闭,黏结相依旧是液相的条件下,用一定压力的气体加压,促使产品致密化。 硬质合金生产工艺每一个细节都是重要的,必须严谨,以控制硬质合金产品质量!

硬质合金生产技术之压制和烧结

第三章压制 第一节压制机理 一,压制过程:粉末压制成型是粉末冶金生产的基本成型方法;在压摸中填装粉末,然后在压力机下加压,脱模后得到所需形状和尺寸的压坯制品,,粗略分三阶段: 1,压块密度随压力增加而迅速增大;孔隙急剧减少。 2,压块密度增加缓慢,因孔隙在1阶段中大量消除,继续加压只是让颗粒发生弹性屈服变形。 3,压力的增大可能达到粉末材料的屈服极限和强度极限,粉末颗粒在此压力下产生塑性变形或脆性断裂。因颗粒的脆性断裂形成碎块填入孔隙,压块密度随之增大。 二,压制压力:压制压力分二部分;一是没有摩擦的条件下,使粉末压实到一定程度所需的压力为“静压力”(P1);二是克服粉末颗粒和压模之间摩擦的压力为“侧压力”(P2)。 压制压力P=P1+P2 侧压系数=侧压力P2÷压制压力P=粉末的泊松系数u÷(1-u)=tg2(45o-自然坡度角Φ÷2) 侧压力越大,脱模压力就越大,硬质合金粉末的泊松系数一般为0.2-0.25之间。 三,压制过程中的压力分布:引起压力分布不匀的主要原因是粉末颗粒之间以及粉末与模壁之间的摩擦力。压块高度越高,压力分布越不均匀。实行双向加压或增大压坯直径,能减少压力分布的不均匀性。

四,压块密度分布:越是复杂的压块,密度分布越不均匀;除压力分布的不均匀(压力降)外,装粉方式不正确,使压块不同部位压缩程度不一致,也会造成压块密度不均匀。 1,填充系数:是指压块密度Y压与料粒的松装密度Y松的比值;压缩比:是指粉末料粒填装高度h粉与压块高度h压之比;在数值上填充系数和压缩比是相等的。 K=Y压÷Y松=h粉÷h压 2,为了减少压块密度分布的不均匀性: (1)提高模具的表面光洁度; (2)减少摩擦阻力; (3)提高料粒的流动性; (4)采用合理的压制方式; 3,粉末粒度对压制的影响; (1)粉末分散度越大(松装越小),压力越大。压块密度越小;有较大的强度值,成型性好。 (2)料粒较粗,压块容易达到较高的压块密度,但其密度分布往往是不均匀的;一般情况下,压块强度随成型剂的加入量而提高。 五,压块的弹性后效: 1,弹性内应力:粉末颗粒内部和颗粒间接触表面上,由于原子间引力和吸力的相互作用,会产生一个与颗粒受力方向相反,并力求阻止颗粒变形,以便达到与压制压力平衡的作用力叫弹性内应力。

硬质合金的烧结工艺

硬质合金烧结工艺 硬质合金是由各种碳化物和铁族元素组成,例如WC-Co、WC-TiC-TaC-NbC-Co或是TiC-Mo?C-Ni。这些材料的典型特点就是,通过液相烧结可以达到几乎100%理论密度,烧结后,低的残余孔隙度是成功应用硬质合金于金属切削、石油开采钻头或者金属成形模具等高应力使用工况的关键。此外,必须仔细控制烧结工艺,以获得希望的显微组织和化学成分。 在很多应用场合,硬质合金都是以烧结态应用的。烧结态合金表面经常承受条件苛刻的摩擦和应力,在大多数的切削金属应用中,刀头表面的磨耗深度只要超过0.2~0.4mm,工具就被判定报废,所以,提高硬质合金的表面性能是相当重要的。 烧结硬质合金的两种基本方法:一种是氢气烧结——在氢气中与常压下通过相反应动学来控制零件成分,另一种是真空烧结——采用真空环境或降低环境气体压强,通过减缓反应动力学来控制硬质合金成分。真空烧结有着更为广泛的工业应用。有时,还采用烧结热等静压和热等静压,这些技术都对硬质合金的生产有着重要的影响。 氢气烧结:氢气是还原性的气氛,但当氢气与烧结炉壁或承载装置发生反应时会改变其他成分,提供合适的碳化势以维持与硬质合金的热力学平衡。在传统的硬质合金烧结中,要将混合料中的碳化物的含碳量调节到理论值,并在整个氢气烧结过程中维持这个值不变。例如,烧结94WC-6CO硬质合金时,入炉时,碳含量为5.70~5.80%(质量分数),出炉时,则要维持在5.76+0.4% 氢气烧结工艺的气氛控制能力对于钨钴类硬质合金来说是足够的,但是对于切钢工具用含碳化钛碳化钽或碳化铌的合金来说,气氛的氧化势太高,导致合金的成分变化,通常用真空烧结来减低这些,合金氧化物的含量,氢气烧结一般用机械推舟的方式,通过连续烧结来完成,可用一个单独的预烧炉除去润滑剂防止挥发物污染后的高烧结过程。预烧结还可以调高生胚强度,使能对其进行粗切削加工,例如,进行车削和钻孔,预烧结温度在500~800摄氏度间,这主要取决于润滑剂除去的是否彻底及所需生胚强度。 真空烧结:与氢气烧结相比,真空烧结主要要几个优点,首先真空烧结能极好的控制产品成分,在1.3~133pa压强下,碳和氧气在气氛与合金之间的交换速率非常低。影响成分变化的主要因素是碳化物颗粒中的氧含量,而不是碳与真空中稀薄气体的反应速率,因而在烧结硬质合金的工业生产中,真空烧结占有优势。 氢气烧结时,由于氢气的渗入以及氢与陶瓷炉部件的反应,使得炉内的气氛气体的氧化势增高。真空烧结不存在这些问题,炉内氧化势比氢气烧结时低,因此,含有对氧化很敏感的碳化钛,碳化钽和碳化铌的合金,真空烧结工艺,更为合适。 其次,真空烧结可灵活的控制烧结制度,特别是加热升温阶段的升温速率,以满足生产的需要,例如,当烧结含有碳化钛、碳化钽、碳化铌的合金时,必须缓慢的升温,还要有一个在中间的温度保温的阶段才能得到高质量的产品。真空烧结是间歇式操作,可灵活调节所需要的烧结制度,而氢气烧结大多是连续烧结工艺,很能实现对各烧结阶段的温度进行准确的控制。 如果能实现,较慢的升温速率就有足够的时间使碳——氧充分反应:形成的CO气体也来的及从连通孔隙逸出,如果升温速率太快,气体就会滞留下来,形成孔隙。在真空炉中,很容易调节加热过程的升温速率,而对于机械推舟式氢气烧结炉来说,各烧结区的温度和达到最高烧结时的时间,都受限制很难调整。 现在工业真空烧结的操作成本较低,以前的真空烧结设备,是小的感应加热炉,这种炉子能量消耗大、冷却时间长,而且在烧结前需要单独清除润滑剂,现在应用的真空烧结炉至少在以下几方面比氢气烧结成本低:装炉量大、电阻加热、用强制气体冷却以及可在炉内清除润滑剂。

烧结工艺对硬质合金性能的影响

烧结工艺对硬质合金性能的影响 【摘要】采用高能球磨机制备超细WC-Co复合粉,通过控制不同的球磨时间获得粉体,分别用放电等离子烧结和真空烧结工艺来制取硬质合金。利用分析天平、扫描电镜等设备,系统的进行烧结方法对硬质合金的硬度、密度、抗弯强度等性能以及显微组织结构影响的研究。实验结果表明:放电等离子烧结跟真空烧结相对比,可以有效地减少合金孔隙,使硬质合金的组织结构更加致密,从而也能够提高硬质合金的各项物理机械性能指标,球磨50h,在1200℃,可以获得密度为14.32g/cm3,洛氏硬度HRA90.4,抗弯强度为2100MPa的综合性能较为优越的硬质合金。 【关键词】烧结工艺,硬质合金,性能 【Abstract】窗体顶端 【Abstract】High energy ball mill for Ultrafine WC-Co composite powder, the powder obtained by controlling the milling time is not, respectively, with spark plasma sintering and vacuum sintering process for the preparation of cemented carbide. Utilization of balance, scanning electron microscopy and other equipment, to study the system performance and the impact of sintering of cemented carbide microstructure hardness, density, flexural strength right. The results show that: the discharge plasma sintering compared with vacuum sintering, can effectively reduce the porosity alloy, carbide organizational structure is more dense, so it is possible to improve the quality of the physical and mechanical perfor mance of the alloy, milling 50h, at 1200℃can obtain a density of 14.32g/cm3, Rockwell hardness HRA90.4, 2100MPa flexural strength of overall performance is more superior carbide. 【Key word】Sintering Process,Cemented carbide,Performance

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