渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响

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1、第23卷增刊V01．23Supplement硬质台金cEMENTEDcARBfDE2006年9月Sep．2006渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响①龙郑易啦刘咏1贺跃辉1周永贵2(1．中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙410083；2．自贡硬质合金有限责任公司，四川自贡643011)一摘要采用预烧结一后续渗碳的方法制备了钴相呈梯度分布的硬质合金。通过对合金试样显微组织的观察和抗弯强度的测试，研究了渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响。结果表明试样富钴层钴相含量随渗碳时间的延长而增加，试样的抗弯强度随渗碳时间出现了峰值现象，即当渗碳时间少于140r

2、ain时，试样的抗弯强度随渗碳时间的增加而增加，在渗碳处理140rain时出现最大值，当渗碳160min后，试样的抗弯强度开始下降。分析认为，富钴层中金属钴的良好塑性变形能力能有效地吸收来自裂纹扩展的能量，提高了合金的抗弯强度，同时当渗碳时间过长时(超过140min)，WC与11相晶粒出现了聚集长大，造成了钴相分布不均匀，并局部形成Co池，导致了试样抗弯强度的下降。对本研究中直径为10mm的矿用梯度球齿，其合理的渗碳时间应控制在120—140min。关键词硬质合金；梯度结构；渗碳烧结；显微组织；抗弯强度硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC、TaC、TiC、NbC等)为基体，

3、以过渡族金属(Co、Fe和Ni)为粘结相，采用粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料【l刀。传统的硬质合金钻具是通过钎焊工艺将硬质合金球齿与钢铁基体焊接在一起，由于硬质合金与基体的热膨胀系数相差较大，在高速凿岩工作时钻具周围会产生很大应力，因此要求硬质合金具有很好的韧性。但硬质合金的硬度与强度、韧性与耐磨性能之间存在着矛盾，强度与韧性的提高却同时会降低其硬度与耐磨性【3-03。功能梯度材料(FGM，Fune—tionallyGradientMaterials)t7捌的出现，为解决传统硬质合金中存在的上述问题提供了有效的途径。这类合金在组织结构上呈现出钴的梯度分布，即合金的最外层

4、为低于合金名义钴含量的贫钴层，中间层为高于合金名义钴含量的富钴层，芯部为WC—Co—h三相显微组织。由于表层WC含量较高，故合金具有高的耐磨性；而合金的中间层的钴含量较高，因此具有很好的韧性，在凿岩过程中硬质合金在破坏之前能够承受更高的载荷。因此其使用寿命为同类传统硬质合金的3—5倍[8,91。本文是通过预烧结一后续渗碳的方法制备梯度硬质合金，渗碳工艺对合金的最终性能至关重要，本文主要研究了渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响。1试验过程要通过预烧结一后续渗碳的方法制备梯度硬质合金，首先要制备出含11相弥散分布的基体。本文通过添加纯钨粉的方法来降低合金中的总碳含量

5、，而且对于碳化钨粉也特意选择了低于正常碳含量的碳化钨粉末原料，原料的物理性能参数与质量配比如表1所示。配料后通过酒精湿磨24小时，混料后基金项目：国家自然科学基金专项基金资助项目(50323008)作者简介：龙郑易(1980～)．男．硕士．中南大学粉末冶金研究院硕士研究生。≮謦豢{}}学{}_{I科带啦料蒂啦材蒂≯拳凑衰1月#∞末∞#4性能参数与Em取少量粉末进行化学分析．结果表明混合料的总碳含量为523wi％，钻含量为594wt％。掺蜡制粒后压制成FlOmm的矿用球齿样和标准抗弯强度样．然后将样品在900'E下脱蜡，脱蜡后随炉继续升温进行预烧结、烧结温度为14200C，烧

6、结时问为90rain，样品冷却后埋入石墨粒度约70-2501xm，并混有氧化铝粒子的烧舟内，在氢气气氛下进行渗碳处理。前期的研究【9，101表明，渗碳处理的温度在1400-1420。C最为合适。本试验选择渗碳温度为1400j凸C，渗碳时问分别为80rain、100min、120min、140rain和160rain。渗碳处理后试样在WE—IOOB液压式万能试验机上进行抗弯强度检测，再用线切割将断裂武样的断口切除，将切割面磨平抛光，并甩含10％铁氰化钾和10％氢氧化钠的等体积混合溶液进行腐蚀，在德国Leitz公司生产的MM6型光学显徽镜下进行显馓组织观察。2试验结果分析与讨论

7、2】渗磷时间对台金显擞担觑的影响由于台台的碳含量(523wt％)低于YG6类硬质台盒的正常碳含1(576wt％)，在基体内会形成映碳的1相(一般为M6C或M12Cva)⋯1。图1所示为试样在1420℃顶烧结后未经渗碳的金相显微组织。基体内部的WC—cul二相组织呈均匀分布，图中9-黑色的为11即其”r‘、小约2．ttm左右，且在1桐“’，，。。气0X‘。^日11420％烧结目格碳前E样±相B搬％m生成的地方未能明显看到co相存在。这是因为试样在烧结过程中，T1相的形成可认为是WC、Co与舔加的纯钨发生如下所示的化学