添加劑對硬質(zhì)合金性能的影響

第15卷第6期粉末冶金工業(yè)Vol.15 No.62005年12月POWDER METALLURGY INDUSTRYDec. 2005添加劑對硬質(zhì)合金性能的影響楊世瑩,賀子凱,黃鑫(昆明理工大學(xué)材料與冶金工程學(xué)院,云南昆明650093)摘要:本文綜述了向硬質(zhì)合金中加入稀土元素、金屬和金屬碳化物對硬質(zhì)合金性能的影響。指出添加稀土元素的硬質(zhì)合金由于性能好,使用范圍廣,有著(zhù)很好的發(fā)展和應用前景。關(guān)鍵詞:硬質(zhì)合金;添加劑;稀土;金屬;金屬碳化物中圈分類(lèi)號:TF123.72文獻標識碼:A文章編號:1006 - 6543(2005 )06 - 0022 - 04EFFECT OF ADDITIVE OF CEMENTED CARBIDEYANG Shi - ying,HE zi- kai,HUANG xin(Faculty of Materials and Metal. , Kunming Univ.of Sxi. and Tech. ,Kunmning 650093 ,China)Abstract: The effect of adding rare earth elements, metals , metal carbidcs into cemented carbide,are summarized. It is pointed out that the performance of cemented carbide is improved with addi-tion of rare earth elements This kind of cemented carbide is quite promising.Key words: cemented carbidc; additive ;rare earth element;metal;metal carbide在硬質(zhì)合金中加人某些添加劑是提高合金性能相的強度。的有效途徑之_i1]。添加劑對硬質(zhì)合金性能的影總之,耐磨用的合金在整個(gè)硬質(zhì)合金生產(chǎn)中所響,在很多方面已被眾多科學(xué)工作者所揭示,如添加占比重不斷增大,添加劑的作用更加顯得重要。本劑可提高合金的耐磨性、抗沖擊性、高溫性能、切削文綜述了向硬質(zhì)合金中添加稀土元素、金屬和金屬性能等。碳化物對硬質(zhì)合金性能的影響。向硬質(zhì)合金中加人的添加劑主要有兩種:一是難熔金屬碳化物;另一種是金屬添加劑。添加劑的1添加稀土元素對合金性能的影響作用是:(1)降低合金對燒結溫度波動(dòng)的敏感性和對碳量變化的敏感性,阻止碳化物晶粒的不均勻長(cháng)大;稀土元素是門(mén)捷列夫元素周期表第三副族中原(2)改變合金的相成分,從而改善合金的結構和性子序數從57~71 的15個(gè)鑭系元素,加上與其電子能。在硬質(zhì)合金中添加CrgC2、VC可提高合金的切.結構和化學(xué)性持相近的鈧和釔,共計17個(gè)元素。稀削性能,在合金中添加少量的TaC可提高合金的抗土被人們稱(chēng)為新材料的“寶庫”,是國內外科學(xué)家,尤氧化性能,顯著(zhù)提高合金的耐磨性,如[2]美國亞當其是材料專(zhuān)家最關(guān)注的一組元素[3]。斯碳化物公司的HD- 20T、HD- 25T和西德克虜在硬質(zhì)合金中添加稀土元素,從上世紀60年代伯公司的GT20 ,GT3o等合金均添加3 % TaC;(3)提起,國外相繼出現一些專(zhuān)利報道[4-6],但國際市場(chǎng)高粘結相的性能。在合金中添加少量的難熔金屬,上尚未見(jiàn)到商品。國內早在60~ 70年代也曾開(kāi)展如W、Mo、V、Nb.Ta等,能改善粘結相對碳化物相這I中國煤化士五' '國內在研究稀土的潤濕性;在WC-Co合金中添加W,可提高粘結加YHCNMHG'用機理等方面都取收稿日期:2005-05-12作者簡(jiǎn)介:楊世堂(1979 - ),女(漢),云南永勝縣人，在讀碩七研究生,主要從事硬質(zhì)合金材料和材料表面處現方面的研究。第6期楊世瑩等:舔加劑對硬質(zhì)合金性能的影響得了可喜的成績(jì),并已有一些添加稀土元素的新牌-TaC加稀土和WC-Co加稀土合金的WC晶粒號合金投放市場(chǎng)。度及組織結構的大量觀(guān)察,認為稀土對硬質(zhì)合金的.下面分別討論添加稀土元素對硬質(zhì)合金硬度、WC晶粒度影響由兩個(gè)細化作用和-一個(gè)長(cháng)大作用共抗彎強度和晶粒尺寸的影響。同決定。表1示出稀土合金和未加稀土的合金性能1.1硬度比較。添加稀土對合金的硬度是否有明顯的影響,是表1稀土合金和未加稀土的合金性能比較[2]- -個(gè)令人關(guān)注的問(wèn)題。羅重麟[7]對加人混合稀土、硬度抗彎強度斷裂韌性密度牌號鈰、釹、釔、鑭的硬質(zhì)合金做了研究,發(fā)現釔和鑭對: HRA)/MPa.m/g* cm~WC-TiC-Co硬質(zhì)合金的影響不明顯,但不同的稀YG8R90.12.56315.4814.77YG889.62.29212.7614.70土元素有不同的影響趨勢;孫景[8]則認為添加少量YT14R91.01.72611.59稀土元素使WC - 20(Fe/Co/Ni)合金的硬度有一定YT14. 90.81.47911.53的提高，且硬度隨稀土含量的增加而增加;李歸YW1R92.51.55913.2892.01.37913.27華[9]以YTi4、 YT1s、YG6、813等作為試驗合金,分別將Nd、Ce、La.Y,Dy及混合稀土加人鈷中進(jìn)行實(shí)驗,對于YTs加入混合稀土,當含量少時(shí)其硬度基2添加金屬對硬質(zhì)合金性能的影響本保持不變,當含量達1%時(shí)其硬度則略高于未加者;而加入Nd或Ce,不管含量多少其硬度均略高于常用的金屬添加劑有鉻、鉬、鎢、鉭、鈮、銅、鋁未加者,平均提高0.3HRA單位。對于YG,合金，等。其中除了銅和鋁以外,均可形成碳化物。因此,加人混合稀土,當含量達1 %時(shí),硬度比未加者有不在添加時(shí)必須考慮合金含碳量的變化。同程度的下降;而YT1合金,不管加人La.Y或Dy,2.1添加貴金 屬硬度基本保持不變或略有提高。對于813合金,加添加了貴金屬Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir的燒結硬人稀土后,硬度比未加者提高0.3HRA單位。分析質(zhì)合金制品具有很高的耐磨性和耐腐蝕性,可以在文獻結果表明[10~12],添加稀土元素對硬質(zhì)合金的耐腐蝕和磨蝕性介質(zhì)中使用。A.φ利索夫斯基[21]分別向WC- Co硬質(zhì)合金硬度無(wú)明顯影響。1.2 抗彎強度中添加了適量Ru、Re和Os,結果表明,在WC-Co資料顯示[13~1)]:在合金中添加一-定量的稀土燒結硬質(zhì)合金中,貴金屬不會(huì )生成碳化物相,并以固元素能提高合金的抗彎強度。汪仕元[13]認為 由于熔體形式存在于粘結金屬中。Ru,Re 和Os使硬質(zhì)加入稀土氧化物后,Ni因稀土氧化物的彌散強化而合金粘結相形成亞結構。用貴金屬合金化燒結硬質(zhì)使合金的強度提高,當稀土含量為粘結金屬含量的合金能提高粘結相顯微硬度和彈性模量,同時(shí)從整1.2 %~1.6 %時(shí),合金抗彎強度達到最大值;梁福體.上提高燒結硬質(zhì)合金的抗彎強度.抗壓強度極限起[41的研究認為,當加人相當于粘結劑質(zhì)量分數和屈服點(diǎn)。0.25 %~1.00 %的混合稀土氧化物后,WC-8 %2.2添加銅Co合金的抗彎強度有一定的提高,當加人量為在礦山用的合金中加入少量的銅，既可提高合0.25 %~0.50 %時(shí),抗彎強度可提高11.5 %,但金 的強度,又可提高合金的沖擊韌性。過(guò)量加入稀土將導致抗彎強度下降。北京科技大學(xué)黃石等(22]研究了添加銅對wC1.3 晶粒尺寸-13%Fe/Co/Ni硬質(zhì)合金性能與組織的影響。研大量文獻報道了稀土對硬質(zhì)合金中WC晶粒究結果表明,在WC- 13 %Fe/Co/Ni合金中加入少度的影響，但至今沒(méi)有一一個(gè)統-的說(shuō)法。文獻[9]認量銅后 ,合金硬度略有降低,但抗彎強度有較大提為不管加入何種稀土元素,合金中碳化物的晶粒比高,當銅的加入量為0.8%左右時(shí),合金性能最佳。未加者細化,并隨著(zhù)加入量的增加,細化更明顯,且而且釗中國煤化工的作用。加稀土元素合金的晶粒度比未加者顯得均勻;孫麗2.3THCNMHG虹[18]的研究表明添加微量稀土元素不影響碳化鎢亞加化收出在長(cháng)只，但其作用受到其和粘結相的粒度。熊繼等[9]通過(guò)對WC-Co-TiC他因素 的限制。譬如,當硅存在時(shí),鈉反而使WC粉末冶金工業(yè)第15卷晶粒變細;而若碳化過(guò)程有鈉存在,WC晶粒將變還能提高抗彎強度。添加TaC能提高WC- TC- Co細。合金的耐蝕性和耐磨性。在800 C下,相比WC- TIC文獻[23 ]將純度為98 % ~99 %的工業(yè)Li2CO3-Co系而言,耐蝕性可提高三倍。同樣添加TaC對添加到合金中,得到的硬質(zhì)合金,平均晶粒較粗,晶合金常溫下的物理機械性能的影響并不明顯,而在高粒棱角整齊清晰,且抗彎強度高。.溫下,幾乎所有的物理機械性能都比較好。Kazuki2.4 添加鋁Okada等[28]還發(fā)現添加VC能對晶粒的長(cháng)大有抑制文獻[24]探討了添加少量A1對WC- 13 %Fe/作用,這與V沿WC和Co界面的偏析有關(guān)。賈左Co/Ni硬質(zhì)合金性能和組織的影響,加人少量鋁可誠[29]也提出舔加了VC、CrC3等控制wC晶粒長(cháng)大以細化WC晶粒,在合金的硬度提高2~3 HRA的的抑制劑能細化晶粒,從而提高硬質(zhì)合金的硬度、耐同時(shí),可使合金的抗彎強度提高100~200MPa。加磨性等機械性能;但是VC抑制WC晶粒長(cháng)大的效果Al量超過(guò)0.8 %后,合金的抗彎強度下降,這是由取決于VC/Co之比，即在VC/Co之比一定時(shí),高Co于A(yíng)l在相界面富集馬氏體與Y相相對數量的變化合金相對有利于抑制WC晶粒長(cháng)大。等原因造成的。表2示出金屬添加劑對合金性能的總之,添加碳化物能有效提高硬質(zhì)合金的硬度影響。和高溫下的物理機械性能,對常溫下的物理機械性表2金屬添加劑對合金 性能的影響(25]能沒(méi)太大影響見(jiàn)表3。恭加劑抗彎強度硬度商溫性能表3金屬碳化物對合金性能的影響[30]W(約4 %)無(wú)影響升商高溫強度和硬度升高M(jìn)o(約1.5 %)同上D試樣HRACr(約1 %)下降升商/g.cm-3N.mm 2Ta(約1 %)升高WC- 10Co14.4089.41 740Al(約0.3 %)WC- 2TaC- 10Co14.4591.31 682Cu(約1 %)下降.WC- 0.44CnC2 - 2TaC- 10Co 14.5191.81 6103添加碳化物對合金性能的影響4結語(yǔ)最常用的磯化物添加劑除碳化鉭(鈮)還有碳化各種添加劑對硬質(zhì)合金的性能均有一定的影鉻(Cr3C2) .碳化釩(VC)、碳化鉬(Mo2C或MoC)、響,添加稀土對合金的硬度影響不大;添加貴金屬可碳化鈷碳化鉿等。雖然碳化鉿添加劑對硬質(zhì)合金從整體上提高合金的抗彎強度、抗壓強度和屈服點(diǎn);性能的良好影響已被證實(shí)。但由于鉿的稀缺和昂Cu可提高合金的沖擊韌性;堿金屬對WC晶粒有細貴,因此,在工業(yè)生產(chǎn)的硬質(zhì)合金中還沒(méi)有得到應化作用;碳化物可提高硬質(zhì)合金的耐磨性及耐熱性,用。有效提高合金的高溫物理機械性能。文獻[26]的研究表明,添加TaC.NbC、Cr;C等經(jīng)分析大量資料,作者認為，通過(guò)添加稀土元素添加劑改善了WC-Co硬質(zhì)合金的耐熱性及耐磨改善硬質(zhì)合金性能這一方法是值得推廣的,主要原性。添加劑適量時(shí)能提高合金的高溫強度、高溫硬因有以下幾點(diǎn):’度,但在不同程度上會(huì )降低合金的室溫強度,使合金(1)我國是稀土大國,有著(zhù)豐富的稀土資源,稀變脆。因此,添加劑的加入量必須控制在- -定的范土硬質(zhì)合金的研制在世界上領(lǐng)先，很多國家不具備圍內。例如對WC-6 %Co及WC- 10 %Co合金這一條件;而言,添加CrC3均降低了合金的室溫抗彎強度。(2)稀土對硬質(zhì)合金性能有明顯的改善作用,大.當CrC3加量在0.3 %~0.5 %(占Co含量的重量量研究表明,添加稀土能使硬質(zhì)合金的強度、韌性有百分數)時(shí),不會(huì )明顯影響高Co合金的室溫抗彎強較大中國煤煤化工;“硬質(zhì)合金有著(zhù)較廣度;但對低Co合金而言,其室溫抗彎強度下降明的應顯。添加TaC、NbC也有類(lèi)似性質(zhì)。TomaVasile4YHCNM HG用于刀具材料、礦等[27)認為添加(Ta, Nb)C碳化物不但能提高硬度,山工具模具、頂錘等方面,有著(zhù)極好的發(fā)展前景。楊世瑩等:添加劑對硬質(zhì)合金性能的影響●25國鎢業(yè),999,14(5 - 6):186 - 194.參考文獻[17]潘起芳.稀土氧化物對WC-Co硬質(zhì)合金性能的影響[1] 株洲硬質(zhì)合金廠(chǎng),硬質(zhì)合金的生產(chǎn)[M].北京:冶金工[J].稀有金屬材料與工程,1993,22(4):35 -41.業(yè)出版社, 1974.[18]孫麗虹等. 微量稀土元素添加劑對YT14硬質(zhì)合金粒[2]國外硬質(zhì)合金 編寫(xiě)組.國外硬質(zhì)合金[M].北京:冶金度的影響[J].中國稀土學(xué)報,1996,14(1):56 - 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