烧结过程中的碳量控制.doc

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1、烧结过程中的碳量控制如图2-1（P56）所示，由于含碳量不同，合金的相成分可出现三种情况，WC+r；WC+r+η；WC+r+C。碳量控制的最低目标，是获得二相合金。最高目标是在二相区内实现最佳新能控制（参见P73，图2-22）。烧结是硬质合金生产的最后一道工序，合金的相成分和性能都将在此形成。因此，烧结过程的碳量控制是合金碳量控制的关键。第一节H2烧结过程中的碳量控制H2烧结中的碳量控制，实际上是控制炉内的碳气氛。最好的控制方法，是使烧结过程中发生的所有脱碳和渗碳反映所减少或增加的碳量相互抵消，使最终烧结品与原始WC粉末具有完全相同的碳含量。由于烧结时使用石墨舟皿，填料中含有碳

2、、橡胶、石蜡分解时放出CH4，以及氢气流量大小、纯度不同，进出舟的时间长短不同，炉子密封程度不同，炉内气氛可以从高渗碳到脱碳变化。反应WC+2H2↔CH4+W可以向右进行，也可向左进行，致使制品碳含量也随之变化，难以控制，为此，常把制品装在石墨舟皿的填料中（AL2O3+C），造成一个与炉内气氛关系不大的局部的可调的稳定的舟内气氛。一、脱碳反应如图2-29所示，制品中的WC和H2反应生成CH4，这个反应几乎发生在烧结的全过程，反映随温度声高而加剧，在进炉端，在收缩没有完成之前，使制品内部发生脱碳。在出炉端，制品已经收缩，则使产品表面脱碳。相同温度下，反应的强弱，取决于H2流量的大

3、小，流量越大，反应则强。此反应生成的CH4在高温下分解，使制品发生渗碳。炉气中的水（来自H2中和开炉们进来的空气），在825℃（600℃）以上同WC（或C）反应（H2O+WC↔W+H2+CO↑；H2O+C↔H2+CO）使制品脱碳。此反应同样发生在进出炉二端，进炉端，使制品内部发生脱碳。出炉端，使制品表面脱碳。反应的强弱决定于H2中水含量，水含量越多，反映越强。H2中的水含量用露点来表示，露点与H2/H2O比率之间的关系如图2-30所示。反应生成的CO分解，同样会使制品渗碳。二、渗碳反应H2在600℃开始，和填料中的碳以及石墨舟皿发生反应（C固+2H2→CH4）生成CH4，在10

4、00℃以前反应进行缓慢。随温度升高反应加剧，这个反应发生在进出二端的炉膛内，反应生成的CH4顺H2流动，在高温下分解（CH4→C+2H2），生成H2和C，使制品渗碳（W+C→WC；W2C+C→2WC；或存在游离碳）。在1100℃时，使制品少量渗碳，大于液相温度，渗碳反应进行激烈。在进炉端制品没有完全收缩，制品内存在孔隙，此时，使制品内部渗碳，在出炉端，制品已经收缩完毕，则在制品表面产生渗碳。前面所述脱碳反应中生成的CH4和CO的分解，亦使制品发生渗碳反应。研究橡胶工艺的渗碳，目前在我国还有现实意义。橡胶工艺生产的合金渗碳不均，严重制约着我国硬质合金质量的稳定和提高。如图2-29

5、所示，压制品中的橡胶，在300℃开始裂化，析出碳氢化合物（以CH4为代表），600℃裂化完毕。CH4在400-500℃开始，在钴或AL2O3的催化下分解（与炉内H2的浓度有关，见表2-7）生成H2和C（CH4→C+2H2）。CH4的浓度取决于一带炉温的高低和推舟速度的快慢，同时决定于H2的流量，H2流量越大，带走的CH4越多，CH4浓度越小。CH4浓度过大，分解后留在制品内的游离碳则越多，使制品渗碳的可能性越大。同时碳使制品中粉末间的接触减弱，体积膨胀，产生起皮。在正常情况下，一部分CH4被H2带走，一部分被分解，将碳留于制品内，当温度生至1100℃以上时，留在制品内的碳与碳内

6、饱和的WC（总碳为5.93±0.03%）中的W和W2C反应，生成WC（W+C→WC；W2C+C→2WC）。如果此碳刚好合适，合金就形成WC+r二相结构。如果“此碳”不足，合金则形成WC+r+η三相结构，如果“此碳”有余，合金则形成WC+r+C三相结构。因此从某种意义上说，橡胶工艺的合金结构决定于“此碳”的多少，而“此碳”的多少，受橡胶加量和H2流量大小的影响，橡胶加量不均，H2流量的波动（包括开炉门时间的长短），严重影响着合金结构的稳定，此种通过烧结“渗碳”的工艺，往往使同一批产品中，有的产品相组织为WC+r，有的为WC+r+η，有的则为WC+r+C，对一些大产品，在同一产品中

7、，有时会出现二种相组织（WC+γ和WC+r+C或WC+r和WC+r+η），甚至三种相组织（WC+r+η、WC+r+C、WC+r），严重影响产品质量。如图2-29所示，橡胶在300℃开始裂化成CH4，而CH4要在400℃才分解（CH4→C+2H2），如果我们将温度控制在300-400℃，待橡胶裂化完毕，让H2将CH4带走而不分解。也就是说使CH4在分解温度前被H2带走，这样就不会在制品内留下“C”，就可以使WC总碳提高，避免因WC的“C”不足给合金质量带来的一系列弊病。如图2-31所示，YG1