硬质合金球烧结工艺

硬质合金球烧结工艺是将难熔金属碳化钨（WC）与钴（Co）等粘结金属粉末，通过粉末冶金方法制成高性能硬质合金球的关键过程，其核心在于通过精确控制烧结温度、时间、气氛及压力等参数，实现粉末颗粒间的致密化结合，形成具有优异力学性能的合金组织。

一、工艺原理

硬质合金球烧结属于典型的液相烧结过程。在烧结温度下，粘结金属（如钴）熔化形成液相，而碳化钨等硬质相保持固态。液相的流动和毛细管力促使固态颗粒重新排列，实现致密化。同时，通过溶解-再析出机制，碳化钨颗粒逐渐长大并形成均匀的组织结构。冷却后，液相凝固，将硬质相颗粒牢固地结合在一起，形成具有高硬度、高强度和良好耐磨性的硬质合金球。

二、关键阶段

硬质合金球烧结过程通常分为四个阶段：

1. 脱除成型剂及预烧阶段：在此阶段，成型剂（如蜡或胶）逐渐分解或汽化并排出烧结体。同时，粉末表面氧化物被还原，粘结金属粉末开始产生回复和再结晶，表面扩散开始发生，压块强度有所提高。

2. 固相烧结阶段：在出现液相以前的温度下，固相反应和扩散加剧，塑性流动增强，烧结体出现明显的收缩。

3. 液相烧结阶段：当烧结体达到共晶温度时，出现液相。液相的流动和WC颗粒重排促使烧结体迅速致密化。随后，WC颗粒在液相中溶解并析出，形成均匀的组织结构。

4. 冷却阶段：在冷却过程中，合金的组织和相成分随冷却条件的不同而产生某些变化。通过控制冷却速度，可以获得所需的组织结构和性能。

三、工艺参数

硬质合金球烧结工艺参数对最终产品的性能具有决定性影响。主要参数包括：

1. 烧结温度：通常高于粘结金属的熔点（如钴的熔点为1495℃），但低于硬质相的熔点。烧结温度的选择需根据合金成分和性能要求进行调整。

2. 保温时间：保温时间的长短直接影响烧结体的致密化程度和晶粒大小。过长的保温时间可能导致晶粒粗大，降低合金的强度和硬度。

3. 升温速度：升温速度过快可能导致烧结体内部应力增大，产生裂纹等缺陷。因此，需根据烧结体的尺寸和形状选择合适的升温速度。

四、气氛控制

烧结气氛对硬质合金球的质量具有重要影响。主要气氛类型包括：

1. 氢气气氛：氢气具有还原性，可以还原粉末表面的氧化物，促进烧结过程的进行。但氢气中可能含有的水分会导致WC脱碳，影响合金的性能。

2. 真空烧结：真空烧结可以提高炉内气氛的纯度，减少有害杂质对合金质量的影响。同时，真空环境有利于固体表面的净化，改善粘结相对硬质相的润湿性。

3. 其他气氛：如分解氨、氮基气氛等，也可用于硬质合金球的烧结过程，但需根据具体合金成分和性能要求进行选择。

五、特殊工艺

为了提高硬质合金球的性能，还可以采用一些特殊工艺，如：

热等静压：在烧结过程中施加等静压力，可以进一步消除烧结体中的残留空隙，提高合金的致密性和强度。

烧结-热等静压复合工艺：结合烧结和热等静压的优点，先进行常规烧结，再进行热等静压处理，可以获得性能更加优异的硬质合金球。