y2o3与nbc对低压烧结超细晶wc10co合金组织与性能影响

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1、四、硬质合金Y203与NbC对低压烧结超细晶WC一10Co合金组织与性能影响肖代红①贺跃辉吝南(中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083)摘要通过球磨与低压烧结方法，制备了超细晶WC一10Co合金。采用x射线衍射、金相观察、扫描电镜及硬度和断裂韧性测试，研究了微量Y2嘎与Nbc对超细晶WC—lOCo合金的组织与性能影响。结果表明，添加微量NbC，能明显提高基体合金的雏氏硬度，而添加Y：O，则降低了合金中硬脆co，w3C相的形成，使基体合金的断裂韧性从6．2MN·m一∽提高到9．8MN·m一抛。关键词超细晶WC一10Co合金，氧化钇，碳化铌，显微组织，力学性能中国分类号：TG

2、410．704文献标识码：A1前言超细晶WC—Co硬质合金因具有高硬度与高耐磨性，能广泛用作切削刀具与模具材料¨，扪。超细硬质合金的制备是通过对超细晶或纳米晶WC粉进行压坯烧结而制成的，但在传统液相无压烧结过程中，超细或纳米晶WC颗粒易于发生异常长大现象。因此，如何控制WC的长大成为制备超细晶硬质合金的关键技术之一p’引。为了抑制WC颗粒的长大，可采用特殊的烧结方法，如热等静压【5]、等离子烧结怕’川、微波烧结坤。等。通过外力与辅助外场等方法，来实现抑制WC颗粒的长大，但这些方法都存在着生产工艺复杂及成本较高等缺点旧】。另外一种控制超细WC颗粒长大的方法是通过添加VC、NbC、Cr

3、2C，或稀土等长大抑制剂H’m。1引，但关于其作用机制并不统一。稀土在传统硬质合金中作用研究已有大量报道¨4’皓j，通常认为在硬质合金中添加微量稀土元素，在不降低硬度的情况下，可以提高合金的韧性，从而提高刀具的切削速度。但稀土氧化物对纳米晶WC—Co复合粉的烧结性能影响研究较少。为此，本文采用球磨方法，制备含Y：O，、NbC的纳米晶WC一10Co复合粉，通过高温低压烧结方法获得超细晶硬质合金，探讨Y：0，与NbC的添加对合金组织与性能影响，为实际生产提供参考。2实施方法试验合金名义成份如表l，所用原料均为商业用超细WC粉、Co粉、Y：0，粉与NbC粉。原料按照配比称量后在行星式球磨

4、机上球磨，转速为300～400r／min，球磨介质为酒精，采用硬质合金球球磨，球料比为10：1，粘结剂采用聚已二醇，球磨时间72h。原料球磨后，在真空干燥箱中干燥并研磨过筛，最后得到WC一10Co复合粉。复合粉在200～300MPa的压力下压制成型，并在氢气炉中脱脂处理。烧结时先在1200。C真空烧结lh后，然后在1400。C采用氩气为5MPa的低压烧结1h，烧结后炉冷至室温。①基金资助：国家自然科学基金(50823006)，中国博士后特别资助科学基金(200801348)，国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50721003)作者简介：肖代红(1971一)，博士，副研究员。电话

5、：0731—88877880；E—mail：daihongx@mail．C．SU．edu．ell2009全国粉末冶金学术会议襄l试样的名X成分(质量分敷StapleY20，AlloylAlloy2Alloy3Alloy4粉末及烧结试样的物相分析在D／Ma25COVBRA型x射线衍射仪上进行。球磨后的复合粉末中WC晶粒尺寸的计算是通过X射线衍射宽化法测定的，采用CauchyGauss近似函数法计算”1。烧结试样经过抛光处理后，在JSM一6510型扫描电镜下进行观察分析WC晶粒的尺寸。硬度测试采用维氏硬度，加载载荷为30kg，测试5点取平均值。断裂韧度Kl。采用如下公式”⋯：K【c=0

6、0028(1iP／∑L)“4(1)其中：*——硬度值；卜载荷(N)，采用30kg维氏硬度载荷；∑￡是压痕的裂纹总长度(mm)．在金相屁微镜l进行测量。3实验结果图l为初始粉末的扫描电镜图像。WC近似成球形(图ta)．平均尺寸为08“”；Co粉成竹节状田1初始WC^)‰，仆)Hbc，tc)ⅡY20l，(∞轨％骶M口(圈1b)，平均直径为12itm．分布较均匀；Nbc颗粒粗大(囹1c)，达到了15p,m以上，分布也小均匀；而Y：03粉末相对细小，平均粒度为01“口以下。初始混台粉末经过球磨后(典型形貌如图2)．粒度分布均匀，颗粒细小，粉末颗粒形貌近似球形，其平均粒度为350皿，通过X射

7、线衍射测试并运用William舯n-Hall方法计算，得到球磨后的复合粉中WC晶粒的平均尺寸为38Hm，表明初始粉末原料经过球磨后可获得纳米晶WC—IOCo复合粉。目2试样2的球磨复台册SEM圈口、硬质台盘围3显示了纳米晶复合粉经过低压烧结后，所获得的超细晶WC10Co台金的显微组织。很明显．基体粉末中来添加Y：0，或NbC时．烧结试样1中WC颗牲的平均尺寸粗大(平均为825m)，并出现WC晶粒异常长大(图3a中A所示)。添加Y：0，或NbC后，试样中WC颗粒的平均尺