硬质合金的烧结.ppt

液相烧结
定义:烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系
烧结过程;或烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。
硬质合金属于典型的多元系液相烧结。烧结过程中,既有物理变三
化,又发生化学变化
烧结过程的最重要变化是:
·烧结体致密化;
·粘结相成分变化;
·碳化物晶粒长大;
·合金组织结构形成。
润湿角的影响因素
ˇ烧结温度升高,θ降低。主要是降低了γs。
√润湿是一动态平衡过程,烧结时间适当延长,θ降低;
√添加剂:导致θ降低:
添加剂能促进固相与液相间的物理溶解和轻微的化学反应
TCNi,添加Mo
√固相颗粒的表面状态。固相颗粒的粗糙度增加,提高固
气界面能。液固润湿过程易于进行;
√烧结气氛:液相或固相氧化膜的形成导致润湿性下降。
烧结的微观过程
沿颗粒晶界优先形成液相:⊕质原子的偏聚
√原始颗粒间液相流动与颗粒重排,晶粒间分裂解体;
√液相再分布和颗粒重排列;
ˇ致密化
WCCo伪二元相图
0102030405060708090100
图11-1W-C-Co系状态图沿CoWC线的垂直截面
√WCCo为典型的液相烧结:
Co对W完全润湿;
·烧结温度(1380~14909)高于WC和Co共晶温度,保温阶段始终存在液相;
WC在Co中部分溶解,Co相在WC中不溶解。
硬质合金烧结的几个阶段
ˇ脱除成形剂及预烧阶段(<800℃):成形剂的脱除(挥发、裂解);
粉末表面氧化物还原;粘结金属粉末开始回复和再结晶,颗粒开始表面扩
敢,压块强度有所提高。
√固相烧结阶段(800℃~共晶温度):共晶温度是指缓慢升温时田现共
晶液相的温度。WC-Co合金在平衡烧结时的共晶温度为1340℃。此时,扩
散速度増加,颗粒塑性流动加强,烧结体岀现明显收缩。
ˇ液相烧结阶段〈共晶温度~烧结温度):出现液相后,烧结体收缩很
快完成,碳化物晶粒长大并形成骨架及合金的基本组织结构。
√冷却阶段(烧结温度~室温):合金的组织和黏结相成分随冷却条件
的不同而产生某些变化。冷却后,得到最终组织结构的合金。
WCCo合金的平衡烧结过程篇
图1wCC系状志图CWC的垂直截面
当混合料纯度极高且达到理想的均匀程度且烧结时升温极其缓慢,则认为烧
结体处于平衡烧结状态
√升温过程:成分为田的烧结体在1340℃时,固溶体成分达到a点,烧结体
内开始出现共晶成分液相。同时,W℃不断向固溶体中溶解。在共晶温度下保
持足够长的时间后,所有固溶体的成分都达到a点并转变成d点成分的液相
√冷却过程:从1400℃降温,液相中析出的WC量逐惭降低,其成分沿co线方
向变化。共晶温度时便发生共晶反应,由成分为d液相中同时析出点成分的固
溶体和WC二次晶体。在共晶反应完毕后,液相消失。固相转变阶段,随温度的
降低,从固溶体中析出多余的WC三次晶体。
合金的组织:未溶WC最始+WC品+WC共品+WC三次,合金相组成是WC+Y相。Y相是
W和C在钻中的固溶体
WC+Go合金的不平衡烧结过程
ˇ不平衡烧结:混合料很难达到理想的均匀程度,烧结结过程的升温
速度较快。
√不平衡烧结升温过程有如下特点
·由于热滞后现象,在共晶温度以上才会出现液相。
在烧结体内各小区域里出现液相的时间是不同的
未经足够长的保温时间,烧结体各部位液相的成分是不同的。
√冷却过程:由于烧结体内有大量的原始未溶WC可作为结晶中心,因而合金
的组织与平衡状态缓冷时差别不大
√合金凝固组织:由于扩散过程较为困难,如果合金快冷,则固溶体中的
WC含量可能处于过饱和状态。此时,合金的组织可能是WC原始+WC初品+WC
+Y,合金的相组成仍然是WC+
实际的烧结过程
√WC+Co+C混合料的烧结特点
在1280~1300℃时可出现WC艹+C三元共晶溶体,1320℃时还出现CC二元共
晶溶体。与w℃+Co系比较,此混合料出现液相的温度要低一些,当钴量相冋时,液
相数量也要多一些。
·当系统中游离碳含量足够高时,在冷却过程中可能会出现三元共晶Wc+γ+C,使
最终合金中出现石墨。然而,在碳量过剩不多时,合金仍然是WC+两相结构
√WC+Co+W2C混合料的烧结特点:
当混合料缺碳时,低温下先形成n相。(n相是三元化合物,Co(
%),C(~%))。
·由于Wc+γ+n三元共晶温度较高(1370℃),在平衡条件下,烧结体出现液相的温度三
较高。在不平衡条件下,则可能出现WC↓Y二元共晶液相。
·相当一部分钴形成η相,从而使烧结体内液相的数量相对减少。当Ⅵ2C含量较高时,