板状wc晶粒硬质合金制备及其表面渗碳技术的研究

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1、中图分类号：TF125.3论文编号：102870618-SZ033学科分类号：085204硕士学位论文板状WC晶粒硬质合金制备及其表面渗碳技术的研究研究生姓名高璐专业类别材料工程研究方向硬质合金指导教师郑勇教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyResearchonPreparat

2、ionofWCBaseCementedCarbideswithPlate-likeWCGrainsandSurfaceCarburizingTreatmentTechnologyAThesisinMaterialEngineeringbyGaoLuAdvisedbyProf.ZhengYongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学全日制专业学

3、位硕士学位论文摘要本文采用真空烧结法制备了板状WC晶粒硬质合金。通过DSC、XRD、SEM、EDS等手段系统研究了烧结过程中板状硬质相形成与生长机理以及化学组成对合金显微组织和力学性能的影响。在此基础上，选择性能较优的板状硬质相晶粒硬质合金作为基体，采用表面渗碳技术制备梯度结构的板状硬质相晶粒硬质合金。首先研究了烧结过程中板状硬质相形成与生长阶段的相变与显微组织的演变，结果表明：在固相烧结阶段(700℃~1200℃)，大部分扁平化W粉颗粒可以直接与C反应生成板状WC，少部分W粉颗粒与Co、C作用

4、形成η相；η相进一步与C反应生成WC、Co的过程对板状WC晶粒的形成起到促进作用。固相烧结阶段形成的细小等轴状硬质相在随后的液相烧结阶段通过溶解-析出过程在粗大的板条状WC晶粒表面析出。随后研究了1200℃~1400℃升温速率对硬质合金显微组织和力学性能的影响，发现随着升温速率的提高，合金硬质相晶粒平均尺寸下降、长厚比先增加后下降，硬度及抗弯强度先增加后下降，断裂韧性下降。当升温速率为3℃/min时，硬质合金综合力学性能较佳。研究了C含量、NbC添加量和TaC添加量对板状WC晶粒硬质合金显微组织

5、和力学性能的影响规律。结果表明：随着C质量分数的增加，η相消失，硬质相晶粒尺寸先下降再增加，长厚比先增加后下降，C含量为5.44wt.%时，大部分硬质相晶粒呈板状且晶粒尺寸较为均匀，力学性能最佳，抗弯强度、硬度、断裂韧性分别为2951MPa、91.1HRA、15.2Mpa▪m1/2；随着NbC添加量的增加，硬质相晶粒尺寸先下降再增大后减小，硬质相晶粒的长厚比逐渐减小，NbC添加量为1%时，合金的抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为：2604MPa、91.4HRA、14.3MPa•m1/2；随着TaC添

6、加量的增加，硬质相晶粒尺寸先下降再增大，硬质相晶粒的长厚比先基本不变再减小，TaC添加量为0.5wt.%时，合金抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为：2617MPa、91.5HRA、15.4MPa•m1/2。最后，以CH4为碳源采用表面渗碳技术制备梯度结构板状WC晶粒硬质合金，并研究了主要渗碳工艺参数对其梯度层的影响。结果表明：渗碳处理后，硬质合金表面形成贫Co梯度层，表面硬度得到提高，渗碳过程中元素的迁移现象是碳元素与其它合金元素的亲和力存在差异造成的。相同渗碳条件下，表面贫Co梯度层的厚度随着基体

7、碳含量的增加而增加，但当基体碳含量达到5.44wt.%时，渗碳后出现了石墨相。相同渗碳压力下，1300℃渗碳得到的贫Co梯度层比1250℃和1350℃下得到的梯度层更厚；相同渗碳温度下，0.3atm渗碳压力下得到的贫Co梯度层比0.2atm和0.4atm压力下得到的梯度层厚。基体C含量为5.38wt.%的合金在1300℃下、0.3atm的压力下渗碳后，表面形成约75μm厚的贫Co硬化层，表面硬度比心部提高了250HV，达到1749HV。关键词：板状硬质相晶粒硬质合金，梯度结构硬质合金，气相渗碳，

8、显微组织，力学性能i板状WC晶粒硬质合金制备及其表面渗碳技术的研究ABSTRACTWCbasedcementedcarbideswithplate-likeWCgrainswerepreparedbyvacuumsintering.Theformationandgrowthmechanismofplate-likeWCgrainsduringsinteringandtheeffectsofchemicalcompositiononthemicrostructureandmechanicalpro