抑制剂对超细硬质合金晶粒度和性能的影响

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采用高能球磨法制备了分别添加VC、TaC或VC/TaC晶粒长大抑制剂的WC-14TiC-8Co超细粉体,其平均粒度为270nm;在280MPa下冷等静压成形,1380℃真空烧结制备合金;测试了烧结体的物理性能、抗弯强度、硬度和晶粒度,分析讨论了实验结果及晶粒长大抑制剂的作用机理,得出以下主要结论:1、未添加抑制剂的试样平均密度为11.46 g·cm-3,相对密度达到99.7%;硬度90.2HRA;抗弯强度1240MPa。随着VC添加量的增加,合金的密度和抗弯强度降低,硬度先升高后降低。合金的相对磁饱和强度随VC的增加而下降。合金的矫顽力随VC的增加而增加,在0.6wt.%VC和1.0wt.%VC之间增加VC含量,矫顽力增加的速率较大。添加0.8 wt.%VC时合金的综合性能较好,密度11.24g·cm-3,硬度91.8HRA,抗弯强度1220MPa,WC平均晶粒度0.7μm。2、随着TaC添加量的增加,合金的密度呈现缓慢降低趋势,硬度先升高后降低。TaC的添加量在0~0.4wt.%时,合金的抗弯强度随TaC添加量的增加而快速增加;大于0.4wt.%时,随TaC添加量的增加,合金的抗弯强度以较小的速率降低。添加TaC的合金,矫顽力随TaC的增多先升高后降低,最大值出现在添加0.6 wt.%TaC时,其值为19.6 kA·m-1,这与硬度的变化趋势相似。添加量在0.6 wt.%至0.8 wt.%之间时,矫顽力急剧下降。添加0.6 wt.%TaC时合金的综合性能较好,密度11.43 g·cm-3,硬度91.2HRA,抗弯强度1390MPa,WC平均晶粒度0.8μm。3、在合金中添加VC/TaC复合抑制剂,合金的硬度呈现先快速增大然后减小的趋势,最大硬度值达到92.6HRA,出现在添加(0.4VC+0.4TaC)wt.%时。添加(0.3VC+0.5TaC)wt.%时,合金的抗弯强度快速增加到最大值1560MPa,然后,合金的抗弯强度随复合抑制剂中VC数量的增加呈缓和下降趋势。合金的矫顽力呈现较快速率增加后缓慢减小的趋势,相对磁饱和强度均稍微低于未加抑制剂的合金;矫顽力的最大值25.2 kA·m-1和相对磁饱和强度的最大值81.0%均出现在添加(0.4VC+0.4TaC)wt.%抑制剂时。表明合金碳含量及硬质相饱和程度基本正常。添加(0.4VC+0.4TaC)wt.%时合金综合性能较好,密度11.26g·cm-3、硬度92.6HRA、抗弯强度1520MPa,WC平均晶粒度0.6μm;与未添加抑制剂的合金相比,密度降低了0.2 g·cm-3,硬度提高了2.4HRA,抗弯强度提高了280 MPa。添加VC/TaC复合抑制剂与添加VC或TaC的单一抑制剂比较,前者的密度稍低,硬度和抗弯强度都有较大提高。4、用过渡族元素碳化物作为晶粒长大抑制剂,不论是单独添加还是复合添加都不利于合金的致密化;单独添加时将降低合金的抗弯强度,复合添加时由于对晶粒的细化作用明显,起到提高硬度和抗弯强度的作用。5、在不同的温度阶段,晶粒长大抑制剂的作用机理如下:在固相阶段,吸附机理起主要作用;在烧结初期,溶解机理占主导地位;此后偏析机理发挥主要作用;抑制剂的作用机理是吸附机理、溶解机理、偏析机理的有机统一,复合添加VC/TaC是比较理想的组合。
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