导致硬质合金脱脂裂纹（如下图所示）的主要原因有成型剂偏析（粘结剂混合不均匀）、脱脂温度、存在残余内应力等。

 

 

1.成型剂偏析

这是因喂料混炼不均匀所导致的成型剂偏析。当成分偏析的产品放入溶剂中时, 随着成型剂的脱除, 坯体内部就会形成大的孔洞从而可能形成裂纹源。喂料混炼均匀的棒坯, 成型剂均匀地包覆在粉末颗粒表面, 包覆颗粒间接触良好, 此时的成型剂包覆层形成连通的软质相, 溶剂脱脂时, 成型剂的可溶组元被逐渐脱除, 形成连通的脱脂孔道, 从而不易形成裂纹源, 避免了开裂现象。

 

2.脱脂温度

脱脂时加热速度过快,使溶剂向成型剂扩散的动力增大, 分子运动加剧, 从而使溶剂脱脂初期扩散、溶胀、溶解速率过快, 而此时脱脂孔道在短时间内尚未及时形成, 大量气体膨胀，内压力过大造成棒坯开裂。解决办法为降低升温速度,逐级保温, 或先将溶剂脱脂为热脱脂打开扩散通道。

 

3.残余内应力

硬质合金注射坯体内的残余内应力是造成溶剂脱脂开裂的主要因素。这是因为成型剂采用的增塑组元为石蜡, 而石蜡的一个典型特性就是温度敏感性高且冷凝收缩率大, 注射成型后的较短时间内快速冷却, 使粘结剂中的高分子链处于强迫冻结状态, 造成了硬质合金坯中的内应力。在溶剂脱脂过程中, 由于蜡的脱除, 高分子中的大分子链在溶剂中自由体积变大, 这部分储存的内应力得以释放,使脱脂硬质合金坯中已经存在的裂纹源(成型剂偏析造成)得以扩展, 结果造成硬质合计坯的开裂及坍塌。可采取坯体退火予以降低。

 

4.其它原因

装载量太低,在粘结剂熔融时,粉末在重力作用下产生位移太大,导致裂纹；在薄厚壁过渡处,或在密度变化大的地方易产生裂纹,因气体易从薄壁处或高密度处逸出,从而形成压力差而产生裂纹。

 

热脱脂是最常用的脱脂方式,其原理基于有机物分子的挥发和裂解，常作为二步脱脂的最终脱脂手段。硬质合金热脱脂工艺简单,成本低,无需专门设备,投资少，但脱脂速率非常缓慢,耗时长,一般要花费十几个小时甚至几天的时间,只适合生产比较小的精密陶瓷部件。在热脱脂过程中常因工艺控制不当或其他原因导致坯体缺陷，常见的硬质合计脱脂缺陷有脱脂变形、脱脂裂纹、鼓泡、翘曲、分层、脱碳等。其中脱脂变形是最常见的热脱脂缺陷，可以通过组分和工艺控制予以消除或缓解。

 

1.脱脂变形产生原因

硬质合金脱脂变形主要是由于在热脱脂过程中粘结剂组分受热软化,坯体在重力和热应力的作用下容易产生粘性流动变形。

 

 

2.预防和解决办法:

2.1 可通过选用具有颗粒间摩擦较大的粉末。对于硬质合金粉末来讲，硬质合金原料粉为不规则多角形状，颗粒间的摩擦系数较为固定。但通过加大粉末接触面积即可达到增大摩擦的效果，对于硬质合金粉末，颗粒越细，颗粒间的接触面积也越大。所以在不影响硬质合金产品的性能下，为改善脱脂变形，可采用颗粒度较细的粉末。

2.2 尽量提高粉末装载量。提高粉末装载量，减少粘结剂组分比例，能减弱变形效应。

2.3 采用具有更好保形性的多组元体系的粘结剂。

2.4 尽量缩短脱脂时间,采用先溶剂萃取后再热脱脂的二步脱脂工艺。

 

碳含量控制是对硬质合金的质量影响巨大，碳含量控制贯穿整个硬质合金生产流程。对于注射成形的硬质合金制品，其脱脂过程会对硬质合金制品的碳含量起着一定的影响。

 

1. 碳含量控制意义

碳含量控制是WC-Co硬质合金制备中的一个重要的环节。碳含量的微量波动会引起合金相组织与性能的显著变化。WC 中的C 含量一般在6.12%-.14%,WC-Co硬质合金中的C含量一般控制在5.63%-5.65%,在此范围内,WC-Co硬质合金由WC和γCo相组成。碳含量过高产生游离碳,碳含量过低产生脆性相,这些第三相的产生都会导致强度和硬度等性能降低。因此,脱脂时对碳含量应进行严格控制。

 

2.脱脂过程H2氛围的控制    

WC-Co硬质合金注射坯在H2气氛下热脱脂极易产生脱碳,这是因为H2气氛中总伴有少量H20蒸汽存在,当脱脂温度高于400-450℃时,脱脂过程中WC易于与H20蒸汽反应,生成W和CO或CO2,产生脱碳。严重时还会有极少量的W进一步转化为W02,导致脱碳更为严重。但在400 ℃以下有机粘结剂中的高分子聚合物难以完全脱除。下图为H2对碳含量的影响。

 

 

3.脱脂温度对碳含量的影响

当脱脂温度高于450℃此时，脱脂坯中的碳含量过低，脱碳严重。在最高脱脂温度为450 ℃时，碳含量过高，此时脱脂坯内存在大量的游离石墨。随着保温时间的延长,C总量降低,当保温一定时间后,脱脂坯碳含量与原始混合粉末的碳含量基本一致。与纯热脱脂相比,经过溶剂脱脂+热脱脂的脱脂坯的碳含量较高。由于脱脂坯在其后真空烧结时会脱碳,因此在实际脱脂工艺中脱脂坯的碳含量应略高于理论碳含量。

 

硬质合金注射成型溶剂脱脂过程，坯体结构对脱脂过程有着一定的影响，这其中包括两个方面的因素：坯体厚度和坯体形状。生坯形状对脱脂速率影响的本质是样品厚度和样品表面积的影响。脱除速率与生坯表面积成正比，与生坯厚度成反比。样品厚度越小，表面积越大，溶剂脱脂速率越大。

 

 

1.坯体厚度对对硬质合金溶剂脱脂的影响

从上图可见，在相同的脱脂时间内，随着样品厚度的增加，脱脂率降低，且随着样品厚度增加，降低的幅度越来越大。成形坯中，粘结剂均匀包裹着粉末，并形成连通的网络。当一部分粘结剂脱除后，它所在的地方便成为孔隙，后面被脱除的粘结剂便沿这些孔隙传输到表面。由此可知，粘结剂从溶解到扩散至溶剂中所经历的路程要远远大于其到样品表面的直线距离。随样品厚度的增加，溶剂脱脂时粘结剂扩散至样品表面所经历的路程越大，达到相同脱脂率所需的时间也越长。

 

特别是由于硬质合金原料粉为不规则多角形状，其粘结剂所形成的连通孔隙更趋复杂化，扩散过程更加困难。另外，由于溶剂脱脂过程往往伴随有溶胀的发生，这样导致在其他条件相同的情况下，随厚度的增加，坯样产生缺陷的可能性增大。

 

2.生坯形状对脱脂率的影响

生坯形状对脱脂速率影响的本质是样品厚度和样品表面积的影响。脱除速率与生坯表面积成正比，与生坯厚度成反比。样品厚度越小，表面积越大，溶剂脱脂速率越大。