抑制剂对硬质合金球齿性能的影响

理论上说,烧结体的晶粒度越小,材料的硬度也越高;而材料的断裂强度会随着硬度的增大而增大。为了提高硬质合金球齿WC-Co的硬度和强度,在烧结过程中必须通过优化烧结工艺以及添加适当的晶粒生长抑制剂来抑制晶粒的长大。硬质合金粉末烧结过程中常用的抑制剂有TaC、MoC、Cr3C2、VC、NbC等,其可以作为单一添加剂也可按一定比例组成复合型抑制剂。此外,还有研究人员将难熔金属碳化物加入到富Co基体中,并将所形成的固溶体作为抑制剂。其能显著降低基体熔点,在液相Co中形成稳定的金属/非金属原子团,而该原子团的存在会阻碍W、C原子从一个晶粒向另一个相邻晶粒的液相迁移,从而进一步降低WC晶粒的长大速率。

稀土元素也可作为晶粒长大抑制剂,其也能在烧结过程中抑制晶粒长大并提高硬质合金球齿的各项性能。与常用的抑制剂一样,稀土元素也有许多,如Y、La、Nd、Pr、Ce,其添加形式也可以是稀土金属、氧化物以及混合稀土。稀土元素的主要作用在于:1.性质较为活泼,对O、S、N、C等元素亲和力较强,因而硬质合金球齿中的这些杂质元素形成稀土化合物质点并分布在晶界上。这也就有效地阻止了液态Co中的扩散溶解和WC相之间的晶界迁移,抑制了WC晶粒的不均匀长大;2.净化晶界以及去除杂质,稀土元素与杂质元素结合形成球形化合物,对粘结相起到弥散强化作用。在以上两种机制下,对硬质合金球齿的硬度、抗弯强度有显著的强化作用。与此同时,稀土元素还能有效降低硬质合金球齿的烧结温度,较好解决了控制晶粒长大和烧结致密化之间的矛盾。

硬质合金球齿

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