可還原氧含量對(duì)WC-0.5%TaC-10.5%Co性能及微觀組織影響

張旭輝,劉 偉,劉小胡,時(shí)凱華,閔召宇

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司刀片分廠,四川自貢643000)

可還原氧含量對(duì)WC-0.5%TaC-10.5%Co性能及微觀組織影響

張旭輝,劉 偉,劉小胡,時(shí)凱華,閔召宇

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司刀片分廠,四川自貢643000)

將WC-0.5%TaC-10.5%Co的原料壓制成樣塊,并將樣塊進(jìn)行增氧處理,然后將樣塊放在一體化ZYL-ZA500真空脫蠟真空燒結(jié)爐中燒結(jié)。通過(guò)對(duì)燒結(jié)合金進(jìn)行分析檢測(cè),比較發(fā)現(xiàn):當(dāng)壓坯中還原氧含量低于0.31%時(shí),對(duì)硬質(zhì)合金的金相組織、硬度沒(méi)有影響;而對(duì)于樣塊的鈷磁則隨著壓坯中可還原氧含量的降低,磁力則隨著氧含量的增加而增加。

增氧;硬質(zhì)合金;氧含量;真空燒結(jié)

1 引言

在硬質(zhì)合金生產(chǎn)過(guò)程中,原料中的碳對(duì)硬質(zhì)合金的性能、微觀組織有著極其重要的影響,而氧含量一直是作為雜質(zhì)元成分存在。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),當(dāng)原料碳量一定,燒結(jié)工藝一定時(shí),壓坯中的氧含量就是一個(gè)影響產(chǎn)品性能以及微觀組織的主要因素。國(guó)內(nèi)外學(xué)者[1-4]對(duì)碳含量的變化與抗彎強(qiáng)度、矯頑磁力和硬度的關(guān)系研究得較多,而氧含量的變化對(duì)硬質(zhì)合金的性能以及微觀組織的研究則較少。本文通過(guò)真空燒結(jié)方法,研究了不同氧含量壓坯的鈷磁、矯頑磁力、硬度以及微觀組織的影響,希望對(duì)硬質(zhì)合金的質(zhì)量控制有指導(dǎo)作用。

2 試驗(yàn)

2.1 樣品的制備

試驗(yàn)樣品用WC-0.5%TaC-10.5%Co的原料并壓制成15.6mm×15.6mm× 7.2mm試樣,共6組,每組4片。將這些樣塊在現(xiàn)場(chǎng)放置不同的時(shí)間,樣塊的可還原氧含量隨著放置時(shí)間的不同變得不同。通過(guò)對(duì)這6組樣塊的化學(xué)成分進(jìn)行分析,其化學(xué)成分如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

將已經(jīng)制備好的樣塊通過(guò)卡爾菲休定氧劑測(cè)定出樣塊中的可還原氧含量,選擇ZYLZA500真空燒結(jié)爐將6組壓坯燒成合金,工藝條件為:采用真空脫蠟,待脫蠟完成,升溫到燒結(jié)溫度1 390℃,然后保溫90min冷卻到室溫將樣塊取出進(jìn)行檢測(cè)。

表1 樣品化學(xué)成分

2.3 檢測(cè)分析

樣塊的鈷磁是用ACom T型全自動(dòng)鈷磁測(cè)量?jī)x檢測(cè)檢測(cè),矯頑磁力是用Coercimeter 93-I型磁力測(cè)量?jī)x檢測(cè),金相組織是用LEICADMI5000數(shù)碼金相顯微鏡檢測(cè)觀察,金相腐蝕采用等體積的20%氫氧化鈉溶液和20%鐵氰化鉀溶液的混合液,硬度的測(cè)量采用TH320型數(shù)顯洛氏硬度計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

3.1 樣塊的鈷磁和磁力性能的分析

圖1顯示出了6組樣塊的鈷磁、矯頑磁力的性能與樣塊中可還原氧含量直接的關(guān)系。對(duì)于樣塊的鈷磁而言,隨著可還原氧的含量增加,樣塊的鈷磁呈下降趨勢(shì),在這個(gè)變化的過(guò)程中,可還原氧含量增加了0.08%,鈷磁下降了0.04%。Micheal Sommer研究表明,在1 000℃的溫度下,可還原氧經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)后,將奪去WC表層一部分碳,并以CO2和CO的形式溢出,造成局部貧碳,這時(shí),在Co的作用下,η碳化物開(kāi)始形成[5],從而導(dǎo)致樣塊的鈷磁降低。而可還原氧含量變化范圍比較小,能奪取的碳也是相當(dāng)有限的,所以鈷磁的變化范圍比較微小。矯頑磁力則隨著可還原氧含量的增加而增加,其增量為0.2k A/m。矯頑磁力主要跟合金的WC晶粒度、鈷含量以及總碳含量有關(guān)[6],而在燒結(jié)過(guò)程中,合金中的總碳隨著氧含量的增多而減少,造成樣塊的矯頑磁力隨著可還原氧含量的增加而增加。

圖1 可還原氧含量與硬質(zhì)合金的鈷磁、磁力的關(guān)系

3.2 樣塊的硬度分析

圖2給出了可還原氧含量與洛氏硬度之間的關(guān)系。由圖可知,在6組樣塊中,隨著可還原氧含量的變化,樣塊的硬度在91.8附近波動(dòng),但總體上差別不大。陳楚軒等人研究表明,硬質(zhì)合金的硬度主要與鈷含量、WC的晶粒度、碳含量以及使用溫度這四個(gè)因素相關(guān)。當(dāng)合金的晶粒度和碳含量相同時(shí),合金的硬度隨著鈷含量增加3%而降低1HRA;當(dāng)鈷含量相同時(shí),合金硬度隨WC晶粒度增加而降低;合金的碳含量會(huì)引起合金金相和鈷相成分的變化,缺碳時(shí),產(chǎn)生硬脆的η相,合金硬度增高,碳量過(guò)量時(shí),產(chǎn)生軟相石墨夾雜,硬度降低;各種不同鈷含量的合金硬度隨溫度的升高而降低[7]。在本實(shí)驗(yàn)中,試樣的初始鈷含量、WC的晶粒度、碳含量是相同的,樣塊的硬度是在室溫下進(jìn)行檢測(cè),而還原氧含量的增量為0.08%,對(duì)樣塊中的鈷和碳含量的影響很微小,所以樣塊的硬度沒(méi)有變化,即可還原氧含量的變化為0.08%時(shí),對(duì) WC-0.5%TaC-10.5%Co合金的硬度沒(méi)有影響。

圖2 可還原氧含量與洛氏硬度之間的關(guān)系

3.3 金相分析

圖3(a～f)是六組樣塊的金相圖片,這6組圖片顯示出樣塊的晶粒度相差不大,因?yàn)楹辖鹬械腤C粒度主要和混合料中WC粒度及分布、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、混合料中碳含量、混合料中的鈷含量以及抑制劑有關(guān),混合料中WC粒度相差越大,WC越易長(zhǎng)大;燒結(jié)溫度越高、燒結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)、碳含量越高、鈷含量越高WC越易長(zhǎng)大。在本實(shí)驗(yàn)中,樣塊的WC粒度及分布、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、鈷含量以及抑制劑是相同的,而可還原氧含量變化是微量的,樣塊中的碳含量變化幾乎相同,因而樣塊的粒度不會(huì)有太大差別。

圖4(a～f)WC粒徑分布直方圖也說(shuō)明了WC粒度相差不大。這六組樣塊的WC晶粒度分布在2.0μm這個(gè)級(jí)別之下,都以0.5μm～1.0μm分布最多,在38%附近波動(dòng),而6組樣塊的平均晶粒度在0.68μm～0.72μm之間,相差不大。這也進(jìn)一步證明在WC初始晶粒度分布相同的情況下,可還原氧含量增量為0.08%時(shí),對(duì)樣塊的微觀組織幾乎沒(méi)有影響。

4 結(jié)論

研究以WC-0.5%TaC-10.5%Co為對(duì)象,采用傳統(tǒng)粉末冶金方法制備了一系列樣品,并通過(guò)在空氣中放置獲取了不同氧含量的壓坯,經(jīng)過(guò)磁性能、力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的觀察,發(fā)現(xiàn)了壓坯氧含量對(duì)硬質(zhì)合金的性能影響,得出結(jié)論如下:

(1)壓坯中的可還原氧含量的變化會(huì)對(duì)壓坯的鈷磁和磁力有一定影響,當(dāng)可還原氧的含量增量為0.08%時(shí),WC-0.5%TaC-10.5 %Co硬質(zhì)合金的鈷磁會(huì)降低0.04%,磁力會(huì)升高0.2k A/m。

(2)壓坯中的可還原氧含量在0.23%～0.31 %變化時(shí),使用相同的燒結(jié)工藝燒結(jié)之后,6組壓坯的硬度、微觀組織以及WC的粒徑都相差不大,這說(shuō)明壓坯中的可還原氧含量對(duì)WC-0.5%TaC-10.5%Co的硬度、微觀組織以及WC的粒徑?jīng)]有影響。

圖3 樣品金相照片

圖4 樣品WC粒徑分布直方圖

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[7] 陳楚軒.硬質(zhì)合金質(zhì)量控制原理[M].2008: 131-132.

Effect of Reducible Oxygen Contents on Properties and Microstructure of WC-0.5%TaC-10.5%CoCemented Carbide

ZHANG Xu-hui,LIU Wei,LIU Xiao-hu, SHI Kai-hua,MIN Zhao-yu
(Zigong Cemented Carbide Co.,Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

The raw material of WC-0.5%TaC-10.5%Co were pressed into green blanks,and increased oxygen contents in the blanks.Then,the blanks were put into ZYL-ZA500 vacuum sintering furnace and sintered.After sintering,the sintered blanks were determined and the results were analyzed.It is found that when the content of the reducible oxygen below 0.31%,it mad no effect on the metallurgical structure and hardness of the blanks;the Cobalt magnetic decreased with increase of reducible oxygen;the Magnetic increased with the increase of reducible oxygen. Key words:oxygenation;cemented carbide;oxygen content;vacuum sintering

TF125.3

:A

1001-5108(2015)04-0027-05

張旭輝,助理工程師,從事硬質(zhì)合金燒結(jié)。