放电等离子烧结（SPS）制备WCCo梯度结构硬质合金的研究

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1、摘要摘要本文采用放电等离子烧结(sPs)制备了YG6、YGl0和YG20硬质合金块体，并在此基础上研究放电等离子烧结制备YGlo／YG20和YG6／YGlO／YG20梯度结构硬质合金。研究了烧结温度对wC／Co硬质合金致密度、显微组织和显微硬度的影响，结果表明：wc原始粒度为0-2岫的YG6硬质合金粉末的最佳sPs烧结温度是1200℃，在该温度下烧结密度达到99％以上，硬度(Hv)达到2146K∥mm2，抗弯强度为1983MPa。在烧结过程中YG6硬质合金粉末容易造成缺碳，因此在配制粉末过程中额外配碳O．15％；wc原始粒度为1岫的YGl0硬质合金粉末在1160℃经

2、SPS烧结致密度为14．46∥cm3，硬度(Hv)为1625K∥mm2，YGl0硬质合余烧结过程中无需额外配碳可正确成相：wC原始粒度为9岫的YG20硬质合金粉末在1150℃经放sPs烧结充分致密，密度达到99．13％，硬度(Hv)为1050Kg，mm2。与传统硬质合金的烧结相比，放电等离子烧结降低wC，Co硬质合金的烧结温度，并实现快速烧结，有效控制了晶粒的长大，获得致密度高和性能良好的硬质合金烧结块体材料。采用SPS技术分层压制、烧结制备了YGl0／YG20梯度硬质合金。研究了烧结温度对致密度、组织形貌、显微硬度和断裂韧性的影响，分析了沿梯度截面上c、co、w等

3、成分和显微硬度的变化及梯度界面的结合情况。结果表明：用分层压制sPs烧结法，原始wc粒度为1岬的YGl0粉末和9岬的YG20粉末经在1160℃烧结致密，晶粒尺寸均匀，梯度界面结合良好，达到冶金结合，没有开裂现象。低钴端的硬度达到了1550一1600Kg，mm2，高钴端的硬度为1100Kg／咖n2：在30Kg载荷的作用下低钴端的断裂韧性为12．62MPa·m“2而高钴端没有出现裂纹，YGl0／YG20梯度合金的横向断裂强度为2736MPa，高于1150℃经放电等离子烧结YGlO硬质合金的横向断裂强度2518MPa，说明制备梯度材料后保持YGl0硬质合金硬度的基础上整体

4、材料的横向断裂强度得到了提高。通过设计梯形模具以及调整碳化钨粒度的方法制备了YG6／YGlO厂YG20梯度结构硬质合金。结果表明：wc粒度为0．2pm的YG6硬质合金粉末、1¨m的YGlO硬质合金粉末和9岬的YG20硬质合金粉末分层装入梯形石墨模具中于北京工业大学工学硕士学位论文1130℃经sPs烧结制备出致密度高、各层内碳化钨晶粒均匀的YG6，YGlo／YG20梯度结构硬质合金，梯度界面结合良好，界面附近不同粒度的WC晶粒和粘结相相互渗透并达到冶金结合。低钴端的硬度达到了2100～2200Kg／mm2；而高钴端的硬度为100肚1100Kg／mm2；合金的横向断裂强

5、度为2608MPa，比1200℃放电等离子烧结YG6硬质合金的横向断裂强度1983MPa明显提高，即YG6，YGlO，YG20梯度结构硬质合金工作端保证了具有YG6合金的硬度的同时，整个材料的横向断裂强度得到了提高，从而实现了硬质合金一端具有高硬度，另一端具有良好的韧性的良好结合。关键词梯度功能材料：放电等离子烧结；硬质合金：显微硬度ABSTRACTTheWC／Cocementedcarbideand也egradiemcementedcarbideofYGlO／Y(挖Oa11dYG6／YGlo／YG20wereprep国fedbyusingSparkPlasmaSj

6、ntcring(SPS)．Theeffectsondensity、microstrllcnIrearldmicrohardnessbysimeringtemperaturehasbeenstlldied．ResultshowsⅡmtthcoptimallysimeringtemperatureofYG6with0．2pmwcpowderis1200℃，tllereIa廿vedens时ishighertIlan99％andt11eⅥckers．h州ness(Hv)is2146Kg／mm2，t}lephaseofC03W3Cwhich、vilIdrop血eperfbnn

7、anceappeared，a舭rmixedO．15％CinmeYG6powderwegottherightphase；tlle叩timallysinteringtemper咖reofYGlO谢m1斗mwcpowderis1160℃，t}1edcns畸is14．469，cm3a11dthehardness(H，)is1625Kg／mm2；tlleoptimallysinteringtemperanlreofYG20wi也9叫1WCpo、Ⅳderis1150℃，tlledensityi814．46加m3孤dtllehardness(Hv)is1050K∥rm2，也e