硬质合金-04.ppt

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1、第三章硬质合金的组织与性能的关系第一节组织缺陷与合金强度的关系一、硬质合金中常见的组织缺陷孔隙、粗大碳化钨晶粒、钴池、石墨夹杂等孔隙：普通烧结出来的硬质台金内部不可避免的有0.2~2%的孔隙，这对合金性能有严重的影响。据有关研究，对WC-10%Co的粗晶粒工具合金，如能将其制成无孔隙的合金，其强度可由280~290公斤/毫米2提高到340~400公斤/毫米2。石墨聚集:石墨聚集段也常是合金破坏的根源。因为石墨本身强度低，同时又是应力集中点，疲劳裂纹往往由此扩展，从而破坏了材料的致密性。钴池：所谓钴池

2、缺陷对没有浸润碳化钨的富钴集中区，它和碳化钨粗晶一样会影响合金的强度。二、组织缺陷与合金强度的关系(1)组织缺陷的大小和形状的影响铃木寿认为，孔隙、碳化钨粗晶和钴池对合金强度具有同样的影响，它们造成的应力集中致使合金破坏时作用在缺陷上的外力小于合金的强度。如设无缺陷的合金的强度(即基体强度)，且合金为完全脆性破坏，那从Griffith理论可以导出在下式得到满足的瞬间，试样将从其缺陷处产生破坏：——无缺陷合金的抗弯强度；——破坏瞬间作用在缺陷上的外部应力a——缺陷长轴的一半；——缺陷尖端的曲率半径。缺

3、陷变得更长或更尖锐均会增大合金中的应力集中，降低合金强度。缺陷尺寸(2a)15102030406080外加应力(kg/mm2)570410340270230210180160组织缺陷大小对WC-10％Co合金强度的影响——合金的抗弯强度；——同前；l——试样的跨距；△l——缺陷至跨距中心的距离；h——试样的厚度；△h——缺陷至最大张力面的距离。在观察硬质合金的抗弯强度测试试样时，常可以看到断裂源不是处于试样跨距的中央，而是稍有偏离(△h)，如图(3-1)所示。林宏尔等(4)运用材料力学推导出断裂源为

4、止对硬质合金强度的影响：(2)组织缺陷位置的影响从上式可看出，缺陷越靠近跨距中心(△l越小)，或越靠近最大受张力面(△h越小)，合金的抗弯强度越低。硬质合金的抗弯强度不仅与组织缺陷的大小形状有关，还与其所处的位置有关同组织缺陷的大小、形状及位置一样，其数量的多少也对合金强度有显著影响。就以孔隙来说，Kpemmep等认为，随着孔隙度增大，产生裂纹的几率是孔隙度的指数函数：——出现危险孔隙的几率；、——常数——孔隙度(体积百分数)——无孔隙的硬质合金的实际强度；——无孔隙的合金的强度；b——常数。孔隙仅

5、仅是组织缺陷的一种，其他缺陷对合金强度的影响是等效的。因为其他各种组织缺陷同样会引起应力集中，在外部应力作用下导致裂纹的形成与扩展，造成合金破坏。硬质合金的断裂过程包括裂纹的形成和扩展这两个主要阶段，以及最后导致断裂的阶段。在断裂过程中，裂纹的形成主要取决于裂源的大小和位置；而裂纹的扩展则还要由作为二次裂源的组织缺陷的大小和密集程度来决定。所以，当组织缺陷增多时，不仅产生裂纹的几率增大，而且裂纹的扩展也更容易，从而使硬质合金的强度降低。2、组织缺陷的数量与合金强度的关系1、组织缺陷的成因(1)孔隙孔

6、隙是由于各种原因残留在合金内部的气体造成的。压坯中残留的氧化物在高温区被还原，生成气体外逸时，由于液相表面张力的作用，往往形成边界较圆滑的孔隙。混合料如石蜡分散不均，且干燥温度偏高，将会形成硬壳粒子。这些粒子在低温区不易充分分解，进入高温区后会分解成碳和氢，气体的急剧逸出也会造成孔隙。如体积较大的压坯烧结时，其中的橡胶成形剂未来得及充分裂化就进入高温区，产生的气体急剧逸出，则易形成形状不规则的孔隙。此外，外来杂质发生熔化、分解、挥发时，也会造成孔隙。三、组织缺陷的成因及去除方法(2)异常粗大的碳化钨

7、碳化钨粗晶产生的原因是原始碳化钨粉的粒度分布范围过宽，特别是当烧结温度过高或保温时间过长时，将使碳化钨的重结晶速度加快，导致产生异常粗大的碳化钨晶粒。(3)钴池：钴池产生的主要原因是原始钴粉的颗粒粗大，或混磨工艺不当致使混合料中钴的分散程度差。这时，越是进行短时低温烧结，越易形成钴池。如果合金碳含量偏高，烧结温度也偏高，这时液相量增多，液相粘度降低，钴相也会流聚成团而形成钴池。(4)游离石墨，相、外来夹杂等缺陷的形成原因已在前面提及或将在后面讨论。缺陷成因目前减少硬质合金组织缺陷的最有效方法是热等静

8、压。热等静压时，各向均匀的压力作用在被加热的压坯上，使合金内部的裂纹和孔隙减少或消除，还可使钴池流动均匀化，并充分浸润碳化钨骨架，从而显著提高合金的强度。观察范围工艺孔隙数(个)孔隙体积(%)密度(%)1平方厘米真空烧结热压10um1若干>0.1<99.9热等静压00~0.001>99.999645.2平方厘米烧结3~17-热等静压00~0.001>99.9991立方厘米烧结数百个>0.1<99.9热等静压0=1>99.999表3-2热等静压工艺处理后合金内部孔隙数量