CN1990888A - 具有纤维状wc晶体的钨钴硬质合金的制造方法 - Google Patents

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CN1990888A CN 200510136618 CN200510136618A CN1990888A CN 1990888 A CN1990888 A CN 1990888A CN 200510136618 CN200510136618 CN 200510136618 CN 200510136618 A CN200510136618 A CN 200510136618A CN 1990888 A CN1990888 A CN 1990888A
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曹顺华
李炯义
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具有纤维状WC晶体的YG合金的制造方法。本发明采用纳米晶的W(Co，C)超饱和固溶体粉末为原料，通过对相变过程的控制，原位生成纤维状WC晶体或WC晶须，达到纤维增强和增韧的效果。本发明通过对相变过程的控制，导致纳米晶WC晶粒发生一维优先长大，形成WC纤维状晶体或WC晶须，抑制了纳米WC晶粒的三维粗化；YG合金中生成的WC纤维状晶体或WC晶须可以发挥纤维或晶须对合金的强化和韧化(即阻止裂纹的扩展)，YG合金的综合力学性能可望得到大幅度改善。

Description

具有纤维状WC晶体的钨钴硬质合金的制造方法
技术领域  粉末冶金。
背景技术  钨钴硬质合金(YG合金)是一类在机械加工领域中应用范围极为广泛的工具材料。为了提高其使用寿命，在提高其高硬度的前提下，必须提高合金断裂韧性，从而进一步提高合金强度。然而，YG硬质合金是一类准脆性固体，硬度的提高必然造成断裂韧性的降低。纳米硬质合金的设计概念有望为协调这一矛盾创造条件。目前，纳米硬质合金用WC-Co复合粉末的制造技术已实现了规模化工业生产。但由于纳米粉末具有异常高的烧结活性，导致在烧结过程中WC晶粒急剧长大，成为获得WC晶粒小于100纳米的烧结合金的主要技术障碍，造成工业化生产的YG合金中WC晶粒最细为250纳米。尽管具有这一结构的YG合金的硬度和强度较传统微米晶YG合金有一定程度的提高，但还远没有达到人们预计的强韧化效果。
发明内容  针对传统粉末冶金工艺难以制得真正意义上的纳米晶YG合金，而无法实现YG合金硬度和韧性同步提高这一现状，本发明提供一种具有纤维状WC晶体的YG合金的制造方法，利用该方法制得的YG合金，可实现对YG合金强韧化，同时提高YG合金的硬度、强度和韧性，为大幅度提高YG合金的综合力学性能创造条件。
本发明基于脆性材料断裂特性、韧化机理和YG合金在烧结过程中晶粒长大的本质，利用原子在烧结过程中迁移机理抑制WC晶粒三维均匀长大而诱导其在特定的晶面上生长而形成纤维WC晶粒或WC晶须，解决纳米WC晶粒的三维粗化问题，发挥WC纤维的增强与增韧效果，制造出高性能的YG合金。
具有纤维状WC晶体的YG合金的制造方法，采用纳米晶的W(Co，C)超饱和固溶体粉末为原料，通过对相变过程的控制，原位生成纤维状WC晶体或WC晶须，达到纤维增强和增韧的效果。其具体方法如下：
根据合金成份，将工业用中颗粒钨粉，钴粉和炭黑按合金成份配料，在高能球磨机中球磨，球料比为15-30∶1，硬质合金球尺寸为5-10毫米，球磨机转速为800转/分，球磨时间30-50h，得到W(Co，C)超饱和固溶体粉末，其中W晶粒平均尺寸为8-10纳米；在粉末中添加1.5-2％石蜡作成形剂，在147-196Mpa的压力下成形，得到粉末压坯；粉末压坯在真空炉中烧结，烧结温度为1250-1400℃，烧结时间为30-60分钟。在烧结过程中，WC纤维或晶须的原位形成机理如下：
当烧结温度达到700℃以上时，发生下述反应：
W(Co，C)→WC+Co
反应刚发生时，WC晶粒为纳米晶体，其晶粒尺寸约8纳米。这些纳米WC晶核弥散分布在复合粉末颗粒内。随着反应的继续进行，超饱和固溶体中的W，C原子以这些业已存在的WC晶粒为核心发生晶粒生长。随着WC晶体的长大，当相邻的纳米级的WC晶核之间的距离缩短到一定程度时，由于形成纳米晶WC晶界导致体系能量升高，为了降低系统能量，球形纳米WC晶体发生小角度旋转，使两者间的取向一致，即发生球形纳米WC晶体的聚合，转变成同一取向的球形纳米WC晶体串，球形纳米WC晶体之间形成烧结颈。随着反应的进行，W，C原于在烧结颈部表面优先沉积，并发生平直化，即形成WC纤维状晶体或WC晶须。
本发明采用纳米晶W(Co，C)超饱和固溶体为原料，通过对相变过程的控制，导致纳米晶WC晶粒发生一维优先长大，形成WC纤维状晶体或WC晶须，抑制了纳米WC晶粒的三维粗化；YG合金中生成的WC纤维状晶体或WC晶须可以发挥纤维或晶须对合金的强化和韧化(即阻止裂纹的扩展)，YG合金的综合力学性能可望得到大幅度改善。
具体实施方式
以YG10合金为例
将1.69Kg的中颗粒钨粉、0.11Kg的工业碳黑和0.2Kg的钴粉装入高能球磨机中，以直径为5毫米的YG8硬质合金球为研磨体，球料比为30∶1，球磨机转速为800转/分，球磨35-40小时后，向球磨机中加入4升溶剂汽油，随后卸料。料液澄清后抽去绝大部分溶剂汽油，并向残存的料液中加入含30克石蜡的溶剂汽油，搅拌均匀。干燥后制粒，在200MPa的压力下成形。坯件在真空中烧结，在室温至950℃之间的升温速度为2℃/分，烧结温度为1400℃，烧结时间为45分钟。得到含WC纤维状晶体或晶须的YG10合金。扫描电镜分析结果表明，合金中WC晶体的长度为1200-1400纳米，横向尺寸为100-110纳米。

Claims (1)

1.具有纤维状WC晶体的YG合金的制造方法，其特征在于：根据合金成份，将工业用中颗粒钨粉，钴粉和炭黑按合金成份配料，在高能球磨机中球磨，球料比为15-30∶1，硬质合金球尺寸为5-10毫米，球磨机转速为800转/分，球磨时间30-50h，得粉末，其中W晶粒平均尺寸为8-10纳米；在粉末中添加1.5-2％石蜡作成形剂，在147-196Mpa的压力下成形，得到粉末压坯；粉末压坯在真空炉中烧结，烧结温度为1250-1400℃，烧结时间为30-60分钟。
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