论文部分内容阅读
本文采用放电等离子烧结(SPS)制备了YG6、YG10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YG10/YG20和YG6/YG10/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0.2μm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2146Kg/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0.15％；WC原始粒度为1μm的YG10硬质合金粉末在1160℃经SPS烧结致密度为14.46g/cm3，硬度(Hv)为1625Kg/mm2，YG10硬质合金烧结过程中无需额外配碳可正确成相；WC原始粒度为9μm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YG10/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1μm的YG10粉末和9μm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1550～1600Kg/mm2，高钴端的硬度为1100Kg/mm2；在30Kg载荷的作用下低钴端的断裂韧性为12.62MPa·m1/2而高钴端没有出现裂纹，YG10/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YG10硬质合金的横向断裂强度2518MPa，说明制备梯度材料后保持YG10硬质合金硬度的基础上整体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/YG10/YG20梯度结构硬质合金。结果表明：WC粒度为0.2μm的YG6硬质合金粉末、1μm的YG10硬质合金粉末和9μm的YG20硬质合金粉末分层装入梯形石墨模具中于1130℃经SPS烧结制备出致密度高、各层内碳化钨晶粒均匀的YG6/YG10/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1000～1100Kg/mm2；合金的横向断裂强度为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/YG10/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。