双相结构功能梯度硬质合金中的相成分、相变和相结构稳定性研究

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1、第23卷增刊V01．23Supplement硬质合金cEMENTEDCARB

2、DE2006年9月SeD．2006≯船坐坐韭％畚巢篓辕毒双相结构功能梯度硬质合金中的相成分、相变和相结构稳定性研究张立1陈述2熊湘君1贺跃辉1黄伯云1张传福3(1．中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙，410083；2．长沙矿冶研究院，湖南长沙，410012；3．中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙，410083)摘要采用X射线衍射物相分析法研究了双相结构功能梯度WC—Co合金中的相成分、相变以及线切割加工所造成的加工表面相结构的变化。结果表明，合金芯部中1相的成分为C03

3、W，C，属M6C型，合金中Co基枯结相为fec结构。因T1相的存在使Co基粘结相中W的固溶度显著提高，合金烧结冷却过程中T1相的M6C—M12C相变与Co基粘结相的fce—hep马氏体相变均得到了抑制，合金因此而得到了强化。因线切割加工过程中放电通道中心温度高达10000oC，iJnq-表面发生了氧化反应，但氧化膜厚度在微米级。氧化膜内，Co基粘结相优先氧化，11相分解为W’c和CoO。由于线切割液为含碳有机介质，线切割加工时WC硬质相保持相对稳定。关键词硬质合金双相结构功能梯度材料物相分析断裂韧性测试双相结构功能梯度硬质合金，简称DP(dualphas

4、e，dualproperties)合金[11。这种合金的表层(低Co区)与中间过渡层(富Co区)为WC+1(Co基粘结相)两相正常组织结构合金，芯部为WC州+1三相非正常组织合金；在合金过渡层区域，合金中粘结相含量呈梯度变化。由于同时具有高耐磨性与高韧性，这种合金已成功地应用于现代化的凿岩工程工具“_日。近年来，国内对WC-Co合金中11相晶粒大小、分布的控制机理，合金中粘结相梯度控制及其形成机理，合金性能表征等进行了深入研究，并取得了一定的进展¨≈。然而，关于双相结构功能梯度硬质合金中的相成分、相变和相结构稳定性的研究却未见报道。本文将对这一问题进行研

5、究。1实验过程双相结构功能梯度硬质合金柱齿的制备采用两步法工艺，即采用真空烧结工艺制备含超细1相的DP合金前驱体，然后对DP合金前驱体进行渗碳处理。合金的原始基本成分为WC一6％Co(质量分数)。采用线切割首先将直径为25mm，高度为34mm的双相结构功能梯度硬质合金柱齿沿轴线切出1／4，然后将切出部分沿高度方向切成两半，取柱齿头部的截面部位进行观察分析。线切割粗加工面的研磨在丹麦Struers公司产金相制样机上进行，采用181肛m的金刚石砂轮，用水作为研磨介质，研磨时间为2分钟。采用日本理学Dmax／2550VB转靶X射线衍射仪对线切割粗加工面(简称线

6、切割面)与线切割粗加工面的研磨处理面(简称研磨面)进行相成分分析，实验条件为：CuKd辐射(波长入为0．154056nm)，管电压为40kV，管电流为300mA；100-90。范围台阶扫描，步进为0．020，扫描速度为0．150／s。金相样品的制备包括研磨与抛光两道工序。研磨分别采用18l¨m的金刚石砂轮与120斗m的SiC砂纸；抛光分别采用9“m和3I．zm的金刚石抛光液。金相试样的腐蚀步骤如下：1)采用10％氢氧基金项目：国家自然科学基金资助项目(50323008．50574104)．湖南省自然科学基金资助项目((MJJ3084)作者简介：张立119

7、65一)。女．博士．教授．主要从事难熔金属与硬质合金的研究．鬈￡‘0辫勺目1☆目ⅢqⅫ台＆#郭的△棚m#iH2卉盘丧目K∞§目目I‰图3线切*Ⅲ的x射线*射目成**析目谱目4"§i∞x射线*射"成分#析田谱化钠+10％铁氰化钾的等体积混合溶液腐蚀合盒中的1相，腐蚀时问为3-58；2)用20％氢氧化钠+撕铁氰化钾的等体积混台溶液腐蚀台金中的WC相，腐蚀时间为3-4irdn。在OlympusPMG3光学显微镜F观察合金的金相组织。2实验结果

8、度硬质合金中的相成分、相变和相结构稳定性研究·37·‘衍射峰高计算结果；··衍射峰面积计算结果表2研磨面X射线衍射图谱中非WC相对应的20角与PDF卡中相应物相的20角对照分析表，，。层区，中间过渡层区以及芯部区域。合金表层区(低Co区)与中间过渡层区(高Co区)为WC+^y两相正常组织结构，合金芯部为WC+一、／+Xl三相组织结构。含超细q相的合金芯部与具有两相正常组织结构的合金表层区的金相组织分别见图1与图2。2．2相成分合金线切割面与研磨面的X射线衍射物相分析结果分别见图3、图4与表1、表2。由图3可知，线切割面由WC、W：C以及CoO组成。由表1

9、可知，线切割面中CoO含量高达20．2％-34．8％，而合金中平均Co含量仅为6