含cr3c2超细wcco硬质合金+烧结过程中微观组织结构的演变

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1、四、硬质合金含Cr3C2超细WC—Co硬质合金烧结过程中微观组织结构的演变林晨光曹瑞军李艳(北京有色金属研究总院粉末冶金及特种材料研究所，北京100088)摘要本文用场发射扫描电镜观察1100。c一1360。c真空烧结超细晶wc一1Cr3C2—12Co舍金的微观组织结构，定量分析了合金中的残余孔隙、WE硬质相的彩貌、晶粒足寸及其分布随烧结温度的变化规律，对添加的Cr3C：晶粒长大抑制剂和稀土的存在形态及其对Co粘结相分布的影响进行了分析评价。1前言目前，国内外先进硬质合金企业改进和优化传统的超细晶硬质合金生产方法，可以

2、生产0．4微米级的高性能超细WC—Co合金，人们正在致力于开发晶粒度更细的WC—Co硬质合金H“J。研究开发主要集中在两个方向，一是通过成分优化来控制合金的晶粒度，二是开发微波烧结、放电等离子烧结等新的固结装备及其工艺技术。两相比较，前者固定资产投入较低，容易实现工业化生产【5‘8]。其中，在合金粉末中添加VC、Cr3C：等晶粒长大抑制剂，通过影响WC／Co的界面能、改变WC硬质相的形貌规则化、降低WC在Co液相中的溶解度、限制液相烧结溶解一析出过程中w、C原子由液相至固相的迁移速度等综合作用降低晶粒长大驱动力汐。1纠

3、；在保证致密化的前提下，有效控制超细WC—Co硬质合金烧结过程中的晶粒长大，成为超细WC—Co硬质合金制备的核心关键技术。对Cr3C：在超细硬质合金中作用的大量研究表明：Cr3C：在液态Co中的溶解度比VC稍高，使WC在粘结相中溶解一析出过程减缓，从而阻止WC的普遍长大¨引。S．Lay等对1450。C烧结的不同C／W比的WC-0．4Cr3C2—13Co合金的微观组织结构的电镜观察发现添加Cr，C：的效果与添加w相似：使WC边角圆化、出现生长台阶，表明界面能的各向异性减少，WC晶粒的粗化受生长台阶的制约。合金的C／w比越

4、高，Cr3C：抑制WC非均匀生长作用越明显。在冷却过程中Cr3C：则仍然固溶在粘结相中并在WC／Co、WC／WC界面处偏聚【l引。由于在超细和纳米WC—Co合金中适当添加的Cr，c2有助于合金的微观组织结构均匀细化，WC／Co界面得到强化但不形成第二相或非晶层，在相同硬度条件下，含Cr，C：合金的断裂韧性比含VC合金高H’141。添加cr，C：的另一好处是改善合金的耐腐蚀性¨5

5、。Cr3C：的添加量一般控制在Cr3C：在Co相中的固溶度以内，既可得到细化组织和优异的耐腐蚀性，合金强度又不下降¨6。。当合金中Cr3C：的

6、含量超过l％时合金变脆ⅢJ。人们业已认识到VC在超细硬质合金的固相和液相烧结的全过程都能发挥作用，是最有效的WC晶粒长大抑制剂¨’5‘ls]；但对掺杂Cr3C：的超细WC—Co硬质合金在烧结过程中显微组织的演变未见报道。因此，本文对1130％1～1360℃温度区间真空烧结获得的超细WC一1Cr3C：一12Co合金的微观组织结构进行了定量分析表征，旨在研究烧结过程中含Cr3C：合金微观组织结构的变化规律，为合理制定含Cr3C：晶粒长大抑制剂的超细晶WC—Co合金的烧结工艺提供参考依据。实验还在试验合金中掺杂稀土元素，探讨

7、了稀土对超细WC一1Cr3C：一12Co硬质合金抑制晶粒长大的效果及对显微组织的影响。2422009全国粉末冶金学术会议2实验2．1合金成分硬质合金样品由厦门金鹭特种合金有限公司提供。合金的化学成分见表1，WC粉末的指标见表2。合金中的稀土是以纳米尺寸的Y：O，粉体在酒精石蜡球磨时添加的。将模压成型后的咖10x8mm粉末压坯分别装入脱蜡一真空烧结一体化炉中，烧结温度分别为1130。C、1200％、1280。C、1300℃、1320℃、1340℃、1360℃，保温时间60分钟制备出合金样品。各试样的化学成分如表1所示，W

8、C原料性能见表2。表1合金的化学成分组成／％试样编号WCCoCr3C2Y20310787．O121．O10886．7121．0O．3表2WC原料粉末性能牌批号BET／m2·g一1TC／％FC／％Q，飞GWC0022．426．090．1l0．542．2显微组织观察分析硬质合金样品经过表面抛光，用10％氢氧化钠和铁氰化钾溶液进行侵蚀，然后在FEIQuanta200FEG型场发射扫描电子显微镜上进行观察和图象采集。采用Image—ProPlus6．0图像分析软件对采集的合金显微组织进行定量分析。WC的晶粒尺寸是测量WC晶粒的

9、横截面积A，然后换算成等效圆直，丽径GeqI

10、i，如。=√：警。为了保证测量的准确度，每个合金样品随机选取5—10个视场并拍摄电子图像，测量分析的WC颗粒数不少于1000个。3实验结果与讨论用场发射扫描电镜观察分析了烧结过程中硬质合金微观组织形貌的变化。硬质合金微观组织结构的主要参量是WC硬质相的形状／尺寸、Co相的形彬尺寸以及残