硬质合金的烧结资料.pptVIP

硬质合金属于典型的多元系液相烧结。烧结过程中，既有物理变化，又发生化学变化。 烧结过程的最重要变化是： 烧结体致密化； 粘结相成分变化； 碳化物晶粒长大； 合金组织结构形成。 定义：烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程；或烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。 液相烧结 润湿角的影响因素 烧结温度升高，θ降低。主要是降低了γSL。 润湿是一动态平衡过程，烧结时间适当延长，θ降低； 添加剂：导致θ降低： 添加剂能促进固相与液相间的物理溶解和轻微的化学反应； TiC-Ni,添加Mo。 固相颗粒的表面状态。固相颗粒的粗糙度增加，提高固-气界面能。液固润湿过程易于进行； 烧结气氛：液相或固相氧化膜的形成导致润湿性下降。 溶解-再析出阶段 固相在液相中具有一定溶解度的体系； 化学位差异，化学位高的部位将发生优先溶解并在附近的液相中形成浓度梯度； 发生固相原子等在液相中的扩散和宏观的马孪哥尼流动（溶质浓度变化导致液体表面张力梯度，产生液相流动），在化学位低的部位析出。 化学位高的区域 颗粒突起或尖角处，细颗粒； 发生细颗粒和颗粒尖角处的优先溶解。 化学位较低的部位 颗粒的凹陷处和大颗粒表面； 溶解在液相中固相组分的原子在这些部位析出。 烧结的微观过程 沿颗粒晶界优先形成液相：晶界出现溶质原子的偏聚； 原始颗粒间液相流动与颗粒重排，晶粒间分裂解体； 液相再分布和颗粒重排列； 致密化。 WC-Co为典型的液相烧结： Co对WC完全润湿； 烧结温度（1380~1490oC）高于WC和Co共晶温度，保温阶段始终存在液相； WC在Co中部分溶解，Co相在WC中不溶解。 WC-Co伪二元相图 硬质合金烧结的几个阶段 脱除成形剂及预烧阶段（800℃）：成形剂的脱除（挥发、裂解）；粉末表面氧化物还原 ；粘结金属粉末开始回复和再结晶，颗粒开始表面扩敢，压块强度有所提高。 固相烧结阶段（800℃~共晶温度）：共晶温度是指缓慢升温时出现共晶液相的温度。WC-Co合金在平衡烧结时的共晶温度为1340℃。此时，扩散速度增加，颗粒塑性流动加强，烧结体出现明显收缩。 液相烧结阶段（共晶温度~烧结温度）：出现液相后，烧结体收缩很快完成，碳化物晶粒长大并形成骨架及合金的基本组织结构。 冷却阶段（烧结温度~室温）：合金的组织和黏结相成分随冷却条件的不同而产生某些变化。冷却后，得到最终组织结构的合金。 当混合料纯度极高且达到理想的均匀程度且烧结时升温极其缓慢，则认为烧结体处于平衡烧结状态。 升温过程：成分为III的烧结体在1340℃时，固溶体成分达到a’点，烧结体内开始出现共晶成分液相。同时，WC不断向固溶体中溶解。在共晶温度下保持足够长的时间后，所有固溶体的成分都达到a’点并转变成d点成分的液相。 冷却过程：从1400℃降温，液相中析出的WC量逐惭降低，其成分沿cd线方向变化。共晶温度时便发生共晶反应，由成分为d的液相中同时析出点成分的固溶体和WC二次晶体。在共晶反应完毕后，液相消失。固相转变阶段，随温度的降低，从固溶体中析出多余的WC三次晶体。 合金的组织：未溶WC原始+WC初晶+WC共晶+WC三次，合金相组成是WC+γ相。γ相是W和C在钴中的固溶体。 WC-Co合金的平衡烧结过程 不平衡烧结：混合料很难达到理想的均匀程度，烧结结过程的升温速度较快。 不平衡烧结升温过程有如下特点： 由于热滞后现象，在共晶温度以上才会出现液相。 在烧结体内各小区域里出现液相的时间是不同的。 未经足够长的保温时间，烧结体各部位液相的成分是不同的。 冷却过程：由于烧结体内有大量的原始未溶WC可作为结晶中心，因而合金的组织与平衡状态缓冷时差别不大。 合金凝固组织：由于扩散过程较为困难，如果合金快冷，则γ固溶体中的WC含量可能处于过饱和状态。此时，合金的组织可能是WC原始+WC初晶+WC共晶+γ，合金的相组成仍然是WC+γ。 WC+Co合金的不平衡烧结过程 实际的烧结过程 WC+Co+C混合料的烧结特点： 在1280~1300℃时可出现WC+γ+C三元共晶溶体，1320℃时还出现Co-C二元共晶溶体。与WC+Co系比较，此混合料出现液相的温度要低一些，当钴量相同时，液相数量也要多一些。 当系统中游离碳含量足够高时，在冷却过程中可能会出现三元共晶WC+γ+C，使最终合金中出现石墨。然而，在碳量过剩不多时，合金仍然是WC+γ两相结构。 WC+Co+W2C混合料的烧结特点： 当混合料缺碳时，低温下先形成η相。（ η相是三元化合物，Co（18.0～21.0%），C（1.4～1.5%））。 由于WC+γ+η三元共晶温度较高(1370℃)，在平衡条件下，烧结体出现液相的温度较高。