燒結(jié)工藝對(duì)YT硬質(zhì)合金表面成分及其性能的影響

楊新宇,顏耀科

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司,四川自貢643011)

燒結(jié)工藝對(duì)YT硬質(zhì)合金表面成分及其性能的影響

楊新宇,顏耀科

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司,四川自貢643011)

采用三種燒結(jié)工藝分別制得三種不同類型的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金,分析了不同燒結(jié)工藝下的合金表面形態(tài)、微區(qū)組織結(jié)構(gòu)以及使用性能。結(jié)果表明:采用分壓燒結(jié)停止抽真空的方式制得的刀片耐磨性和沖擊性最好。

表面形態(tài);分壓燒結(jié)

1 引言

硬質(zhì)合金燒結(jié)是一種典型的液相燒結(jié)[1],常見(jiàn)的燒結(jié)工藝是真空脫蠟真空燒結(jié)、氫氣脫蠟真空燒結(jié),目前先進(jìn)廠家使用的燒結(jié)工藝主要是氫氣脫蠟真空燒結(jié)。真空燒結(jié)有很多優(yōu)勢(shì):提高了爐內(nèi)氣氛的純度,減少了有害雜質(zhì)對(duì)合金質(zhì)量的影響,有利于金屬氧化物的還原和去除,負(fù)壓改善了粘結(jié)金屬對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性,減少合金相界面間的雜質(zhì)偏聚量,減少燒結(jié)體中毛細(xì)管阻力,因此真空燒結(jié)工藝在硬質(zhì)合金生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用[2]。但真空燒結(jié)工藝生產(chǎn)的鎢鈷鈦和鎢鈦鉭鈷類合金表面易產(chǎn)生富鈷現(xiàn)象,從而對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)和使用性能產(chǎn)生負(fù)面影響。本文從燒結(jié)工藝方面進(jìn)行改進(jìn)、使合金表面不存在富鈷現(xiàn)象、從而提高合金外觀一致性和質(zhì)量的穩(wěn)定性等方面進(jìn)行了闡述。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 樣品制備

采用YT15(WC-15TiC-Co)大批混合料制備出試驗(yàn)產(chǎn)品T31605F,A320

2.2 燒結(jié)工藝

第一組 正常真空燒結(jié)

第二組 正常真空燒結(jié)+氬氣分壓燒結(jié)

第三組 真空燒結(jié)+氬氣分壓燒結(jié)(分壓燒結(jié)間停抽真空)

2.3 檢測(cè)分析

采用LEICA DMRE金相顯微鏡對(duì)試樣微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查,用KOERZIMAT1.096 矯頑磁力機(jī)和SM—8100型磁飽和感應(yīng)測(cè)量?jī)x分別測(cè)試試樣的磁力和磁飽和,用HR-150G型洛氏硬度計(jì)測(cè)量試樣的硬度。HORIBA有限公司EMAX-320X射線能譜儀測(cè)量表面應(yīng)力。

磨損試驗(yàn):以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3685為標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定以1/2處切削深度處后刀面上測(cè)定的磨損帶寬度VB作為刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)的衡量標(biāo)志。使用TK36數(shù)控車床,試驗(yàn)方法為連續(xù)車削棒料(?100×315),材料為調(diào)質(zhì)45#鋼,硬度HRC28,通過(guò)秒表測(cè)定切削時(shí)間,并用影像儀對(duì)刀片刃口磨損進(jìn)行拍照。

沖擊試驗(yàn):使用刀片為全磨A320刀片,試驗(yàn)方法為在車床上車削帶四個(gè)寬為25mm槽的?150mm棒料,材料為普通45#鋼。通過(guò)秒表測(cè)定每次沖擊時(shí)間,初定為每隔60s用影像儀對(duì)刀具進(jìn)行一次拍照,直到刀具破損為止。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 表觀形貌分析

圖1為正常真空燒結(jié)產(chǎn)品表面形貌,可以看到表面有梯田狀的組織,根據(jù)能譜分析結(jié)果,表明產(chǎn)品表面覆蓋的物質(zhì)為含少量(W,Ti)C固溶體的富鈷層,鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到60.88%(見(jiàn)表1)。圖2為真空燒結(jié)和高溫階段分壓燒結(jié)的產(chǎn)品表面形貌,根據(jù)能譜分析結(jié)果,可以看出產(chǎn)品表面富硬質(zhì)相而貧鈷。

圖1 真空燒結(jié)表面形貌

圖2 真空燒結(jié)+氬氣分壓燒結(jié)(停抽真空)

表1 不同燒結(jié)工藝表面成分差異

3.2 富鈷形成機(jī)理

正常情況下,硬質(zhì)合金鈷相分布是均勻的,但受產(chǎn)品與燒結(jié)氣氛碳濃度梯度影響,在冷卻過(guò)程中,氣氛為脫碳?xì)夥諘r(shí),合金表面最先脫碳,Co與C的親和力低,從高碳區(qū)向低碳區(qū)緩慢遷移,而(WTi)C與C親和力強(qiáng),向內(nèi)部遷移,造成表層形成梯田狀富鈷層。由于爐內(nèi)殘留石蠟等,分壓后爐內(nèi)形成弱滲碳?xì)夥?阻礙Co相向表面遷移,從而形成貧鈷層。

4 富鈷對(duì)產(chǎn)品性能的影響

表2為貧鈷和富鈷產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果,從表中還可以看出,分壓后刀片鈷磁平均要比不分壓產(chǎn)品高出0.3%～0.4%,這主要是由于在高溫階段通氬氣能有效防止鈷相揮發(fā),其他性能基本一致。另外,通過(guò)抑制鈷相向表層遷移,使合金內(nèi)部液相增多,使合金孔隙度降低。

表2 富鈷與貧鈷刀片性能對(duì)比結(jié)果

表3為產(chǎn)品表面應(yīng)力檢測(cè)數(shù)據(jù),從表中可以看出,正常真空燒結(jié)產(chǎn)品表面為拉應(yīng)力,分壓燒結(jié)產(chǎn)品為壓應(yīng)力,拉應(yīng)力產(chǎn)品在使用和焊接過(guò)程中表現(xiàn)為不耐磨,易出現(xiàn)焊接裂紋等,而壓應(yīng)力產(chǎn)品則表現(xiàn)出較高的耐磨性和抗沖擊性能。

表4為富鈷產(chǎn)品和貧鈷產(chǎn)品在使用過(guò)程中檢測(cè)的兩個(gè)重要指標(biāo):耐磨性和抗沖擊性,其中切削參數(shù):45#調(diào)質(zhì)鋼,線速度120m/ min,吃刀量2.0mm,進(jìn)給量0.4mm/r,切削時(shí)間15min。

表3 合金表面應(yīng)力檢查結(jié)果

從表4中可以看出,兩種不同燒結(jié)工藝生產(chǎn)的刀片在使用性能上有很大差異,貧鈷刀片連續(xù)切削15min后刀面磨損值只有富鈷刀片的一半左右,主要是因?yàn)楸砻驸捄扛?降低了表面硬度。貧鈷刀片的抗沖擊性也有所提高,因?yàn)楸砻娓烩捊档土撕辖饍?nèi)部鈷含量及分布,一定程度上降低了產(chǎn)品的抗沖擊韌性。

表4 合金使用性能分析

5 結(jié)論

(1)通過(guò)高溫分壓工藝,可有效避免合金表面產(chǎn)生富鈷現(xiàn)象,分壓工藝后,表面鈷含量可以降低到零。

(2)分壓后刀片表面形成壓應(yīng)力,而富鈷刀片表面形成拉應(yīng)力。

(3)分壓后刀片耐磨性和沖擊韌性明顯提高。

[1] 陳楚軒.硬質(zhì)合金質(zhì)量控制原理[M].2008.

[2] 傅又紅.鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金表面亮花的形成及其對(duì)產(chǎn)品性能的影響[J].硬質(zhì)合金,2010 (27):27-32.

Influence of Sintering Process on Surface Ingredient and Propertion of(Wo,Ti)C-Co Cemented Carbide

YANG Xin-yu,YANG Yao-ke
(Zigong cemented carbide Co.Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

Three kinds of(W,Ti)C-Co cemented carbide inserts were produced,and the inserts were compared and studied on the surface morphology,microstructure and mechanical properties. the results indicate that inserts produced by partial pressure without vacuum have good wear resistance and impact resistance.

surface morphology;partial pressure

TF124

:B

1001-5108(2015)04-0038-03

楊新宇,工程師,從事硬質(zhì)合金數(shù)控刀片的研究。