超细晶WC-Co硬质合金制备及性能研究.pdf

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

摘要

WC-Co基硬质合金（YG类）主要由硬质相WC及粘结相Co组成，高硬度、高耐

磨性及良好的韧性使其广泛应用于切削工具、采矿、模具等领域。由于传统硬质合金

硬度、韧性之间存在矛盾，无法满足精密加工、特种加工等制造场景所需高强度、高

硬度、高韧性的需求，因此，研制更优性能的WC-Co硬质合金势在必行。本文以超细

WC粉末为原料，研究了Co含量、WC粉末粒度、晶粒长大抑制剂对硬质合金组织及

性能的影响。通过优化合金配方制备了性能优异的WC-13Co超细晶硬质合金刀具，对

刀具的切削性能进行了研究。主要研究结果如下：

研究了Co含量及WC粉末粒度对WC-Co基硬质合金组织及性能的影响规律。结

果表明，随着Co含量的增加，WC-Co合金的致密度、断裂韧性、抗弯强度逐渐增加，

Co含量大于13wt.%时，合金致密度达99.9%以上；Co含量为14wt.%时，WC-Co合金

力学性能最优，抗弯强度及断裂韧性分别为3799MPa、16.8MPa·m1/2。WC粉末粒径

越细，制备的WC-13Co合金晶粒异常长大现象越严重。合金表面覆Co程度主要受Co

含量的影响，随着Co含量增加，表面覆Co程度有所减缓，有助于提高刀具寿命。

使用0.4μm的WC粉末制备多组WC-13Co合金，研究晶粒长大抑制剂对硬质合金

组织及性能的影响规律。结果表明，随着抑制剂添加量的逐渐增加，合金的晶粒尺寸

逐渐减小，硬度及矫顽力逐渐增加，晶粒长大抑制效果强弱如下：VC＞CrC＞NbC。

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当添加0.8wt.%VC时，WC-13Co合金硬度达1729HV，平均晶粒尺寸为0.24μm。

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相较于VC和NbC，CrC能明显提高合金的抗弯强度，当添加0.8wt.%CrC时，WC-

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13Co合金的抗弯强度达到最大值4429MPa。此外，添加较多的VC及NbC能抑制覆

Co层的产生，而CrC则会促进覆Co层的产生。

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在添加0.4wt.%VC的基础上时，随着CrC添加量的增加，WC-13Co合金的硬度

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逐渐增加。CrC添加量为0.8wt.%时，WC-13Co合金的硬度达1808HV。合金的抗

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弯强度则先增大再减小，CrC添加量为0.6wt.%时，合金的抗弯强度最大，达4220

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MPa，此时合金的断裂韧性为9.5MPa·m1/2。在添加0.6wt.%CrC的基础上继续添加了

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0.6wt.%的Ru，WC-13Co合金的断裂韧性及抗弯强度有所提高，分别为9.9MPa·m1/2及

4258MPa，此时合金的平均晶粒尺寸为0.33μm，硬度降低至1710HV。

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在WC-13Co-0.4VC-0.6Cr3C2合金基础上制备TiAlN及T