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碳化鎢粉性能及應(yīng)用
時(shí)間:2015-10-17 09:24:07來源:本站人氣:2286
為制造硬質(zhì)合金,WC粉和Co粉需經(jīng)過混合、壓制和液相燒結(jié)等工序。Co對(duì)WC的優(yōu)異潤(rùn)濕性是關(guān)鍵因素。通過改變WC的粒度(1~10μm)和不同的Co含量(3%~30%),可以生產(chǎn)出硬度和韌性不同的硬質(zhì)合金。一個(gè)很重要的規(guī)律是:WC顆粒越細(xì),Co含量越小,硬質(zhì)合金的硬度就越高,韌性就越低。在工業(yè)的一些特殊情況下,向合金中加入其它碳化物如TiC、TaC或TiCN用于切削鋼材。WC粉末的物理性能和化學(xué)性能,下面予以介紹。
1)物理性能 粉末的粒度和粒度分布雖已有很多可測(cè)試方法和特征值。但是直到現(xiàn)在,還沒有一種方法考慮到了WC顆粒可能是單晶或是多晶體。圖2.5-99表明具有相同粒度的WC粉末,每個(gè)顆粒中的晶粒尺寸差別很大。采用不同的制粉工藝,同樣的粉末顆粒既可能是單晶,也可能是多晶的。這對(duì)生產(chǎn)硬質(zhì)合會(huì)時(shí)粉末的件能有強(qiáng)烈影響。
在燒結(jié)過程中,多晶顆粒會(huì)分解成亞晶粒。這樣,單個(gè)WC顆粒中亞晶粒越多,硬質(zhì)合金的微觀結(jié)構(gòu)更精細(xì)。這對(duì)于粒度小于1μm的粉末來說是非常重要的。粒度小于1μm的粉末和特別是超細(xì)WC粉末,測(cè)量粉末粒度變得更加困難。粒度測(cè)試表明,F(xiàn)SSS粒度約0.6μm的粉末,通過SEM測(cè)量粒度為0.3μm。另外,用BET表面面積測(cè)量方法來測(cè)量超細(xì)WC顆粒尺寸是不適宜的,因?yàn)樵摲椒▽?duì)表面粗糙度很敏感,不能準(zhǔn)確測(cè)量顆粒尺寸。例如,顆粒的表面粗糙度很差,該方法會(huì)得出表面面積很大導(dǎo)致測(cè)量的粒度偏小的錯(cuò)誤結(jié)果。在以上例子中,所測(cè)量的粉末性能雖然可以檢測(cè)一種工藝生產(chǎn)的粉末各批次之間性能的可靠性,但是不能用于預(yù)測(cè)燒結(jié)硬質(zhì)合金的性能。這應(yīng)該通過燒結(jié)試驗(yàn)來評(píng)價(jià)。其它的物理性能,如斯科特、振實(shí)及生坯密度對(duì)預(yù)測(cè)和控制燒結(jié)過程中的收縮是十分重要的,因?yàn)閷?duì)多數(shù)硬質(zhì)合金件都要求燒結(jié)到規(guī)定尺寸。
2)化學(xué)性能 WC最重要的化學(xué)性能是碳含量?;瘜W(xué)計(jì)量的WC的碳含量為6.135%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。從熱力學(xué)的角度看,WC穩(wěn)定范圍很窄。這樣,缺碳時(shí),會(huì)生成非化學(xué)計(jì)量的W2C;而碳含量過量時(shí),會(huì)有游離碳出現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)的WC粉末,通常會(huì)有少量的游離碳存在(大約0.03%)。即使WC總碳含量低于化學(xué)計(jì)量WC的含碳量,仍會(huì)有微量的W2C和游離碳共同存在。對(duì)于硬質(zhì)合金生產(chǎn),碳的平衡非常重要,因?yàn)槿碧紩r(shí),會(huì)生成脆性η相(C03W3C);碳過量時(shí),將有石墨相析出。這兩相都會(huì)影響產(chǎn)品的力學(xué)性能。
為了防止硬質(zhì)合金在燒結(jié)過程中產(chǎn)生晶粒長(zhǎng)大,通常往細(xì)WC粉末中加入一些元素(V、Cr、Ta和Nb),加入量為0.1%~1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。這些元素可以碳化物狀加入WC粉末中,也可以氧化物或碳化物狀在碳化之前加入W粉中。WC粉末中可含有一定量微量元素如Ni、Fe、Co(100×106或者更高)。其他的雜質(zhì)由于會(huì)對(duì)硬質(zhì)合金的性能產(chǎn)生不利影響,其含量必須控制在非常低的范圍,典型的有害元素是Ca、S、Si和P等。圖2.5-100是對(duì)一種超細(xì)碳化鎢粉末的檢測(cè)結(jié)果。

在燒結(jié)過程中,多晶顆粒會(huì)分解成亞晶粒。這樣,單個(gè)WC顆粒中亞晶粒越多,硬質(zhì)合金的微觀結(jié)構(gòu)更精細(xì)。這對(duì)于粒度小于1μm的粉末來說是非常重要的。粒度小于1μm的粉末和特別是超細(xì)WC粉末,測(cè)量粉末粒度變得更加困難。粒度測(cè)試表明,F(xiàn)SSS粒度約0.6μm的粉末,通過SEM測(cè)量粒度為0.3μm。另外,用BET表面面積測(cè)量方法來測(cè)量超細(xì)WC顆粒尺寸是不適宜的,因?yàn)樵摲椒▽?duì)表面粗糙度很敏感,不能準(zhǔn)確測(cè)量顆粒尺寸。例如,顆粒的表面粗糙度很差,該方法會(huì)得出表面面積很大導(dǎo)致測(cè)量的粒度偏小的錯(cuò)誤結(jié)果。在以上例子中,所測(cè)量的粉末性能雖然可以檢測(cè)一種工藝生產(chǎn)的粉末各批次之間性能的可靠性,但是不能用于預(yù)測(cè)燒結(jié)硬質(zhì)合金的性能。這應(yīng)該通過燒結(jié)試驗(yàn)來評(píng)價(jià)。其它的物理性能,如斯科特、振實(shí)及生坯密度對(duì)預(yù)測(cè)和控制燒結(jié)過程中的收縮是十分重要的,因?yàn)閷?duì)多數(shù)硬質(zhì)合金件都要求燒結(jié)到規(guī)定尺寸。
2)化學(xué)性能 WC最重要的化學(xué)性能是碳含量?;瘜W(xué)計(jì)量的WC的碳含量為6.135%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。從熱力學(xué)的角度看,WC穩(wěn)定范圍很窄。這樣,缺碳時(shí),會(huì)生成非化學(xué)計(jì)量的W2C;而碳含量過量時(shí),會(huì)有游離碳出現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)的WC粉末,通常會(huì)有少量的游離碳存在(大約0.03%)。即使WC總碳含量低于化學(xué)計(jì)量WC的含碳量,仍會(huì)有微量的W2C和游離碳共同存在。對(duì)于硬質(zhì)合金生產(chǎn),碳的平衡非常重要,因?yàn)槿碧紩r(shí),會(huì)生成脆性η相(C03W3C);碳過量時(shí),將有石墨相析出。這兩相都會(huì)影響產(chǎn)品的力學(xué)性能。
為了防止硬質(zhì)合金在燒結(jié)過程中產(chǎn)生晶粒長(zhǎng)大,通常往細(xì)WC粉末中加入一些元素(V、Cr、Ta和Nb),加入量為0.1%~1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。這些元素可以碳化物狀加入WC粉末中,也可以氧化物或碳化物狀在碳化之前加入W粉中。WC粉末中可含有一定量微量元素如Ni、Fe、Co(100×106或者更高)。其他的雜質(zhì)由于會(huì)對(duì)硬質(zhì)合金的性能產(chǎn)生不利影響,其含量必須控制在非常低的范圍,典型的有害元素是Ca、S、Si和P等。圖2.5-100是對(duì)一種超細(xì)碳化鎢粉末的檢測(cè)結(jié)果。

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