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碳含量对硬质合金的影响
所属分类:热点聚焦
发布日期:2015-07-15
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     工业生产中,要制备综合性能良好的硬质合金,必须解决两个问题,一是必须抑制硬质相碳化物晶粒在烧结过程中的长大,以获得超细及纳米晶粒的合金;二是必须得到正常的合金组织。但即使合金处于正常组织中,碳含量不同,合金的机械性能也不同,碳含量的变化对组织性能影响的研究对于合理控制碳含量,制备综合性能良好的硬质合金具有十分重要的意义。
     碳含量是影响硬质合金性能的关键因素,微量的碳含量波动会引起合金相组成和显微结构的变化,从而影响合金的性能 。合金中碳含量不足时,易出现脱碳组织相,这种相性脆且不稳定,导致合金强度下降,使用时极易出现断裂、崩刃。合金中碳含量较高时内部将出现游离态的石墨,石墨的存在破坏了合金基体的连续性,起到一定的割裂作用,对合金的抗弯强度、韧性及耐磨性等均产生不利影响。
     碳含量即使在正常相区的范围内波动,对合金的性能也有明显的影响,偏上限时强度或韧性高而硬度和矫顽磁力低,偏下限则相反。这是因为碳含量的变动虽然没有改变相数,但是粘结相成分却因为碳的变化而变化。粘结相的硬度是由钨含量决定的,而烧结过程中粘结相中的钨含量可以由原料中的总碳来控制,因此合金总的碳含量对材料的硬度和韧性相当重要。对国外使用寿命较高的微钻和冲压模解剖时发现:使用寿命较高的合金的磁饱和都控制在75%~80%之间,也就是说合金的碳含量都控制在正常相区的下限。
      以钨钴(WC-Co)硬质合金为例,WC-C0合金正常的组织为两相组织,即WC+y, 相为WC溶解在Co中形成的固溶体(下图)。WC-Co硬质合金存在二相区,表明在合金的正常组织内,碳含量是允许有一定范围的,二相区的宽度即为二相区内碳含量允许的波动范围。钨钴合金二相区的宽度大小是多年来硬质合金界经常探讨的问题。最早研究两相区宽度的Routalar和Norton认为,两相区对称地分布于Co—WC线两侧,后来Gurland的研究则认为,两相区中碳含量的上限与WC中的理论碳量6.12%(质量分数,文中未另作说明的含量均为质量分数)相吻合,即上限与Co—WC线相重合,而下限则取决于合金的钴含量。

     钴含量越高碳含量允许波动的范围越大,这就是低钴合金(Co<5%)在生产中较难控制质量的原因。合金二相区的下限计算公式为
    碳含量下限=6.125%-0.0737*ωCo 
    式中ωCo为合金中Co的质量分数。根据公式我们可以算出不同牌号的钨钴合金的两相区宽度(碳含量上下波动范围)。碳含量对硬质合金显微组织结构的影响是具体表现在每一个参数上,硬质合金生产工艺过程中对碳含量的控制必须严谨科学,以生产出性能最好的合金产品。

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