Cu对WC-Fe/Co/Ni合金组织和性能的影响

D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1991.s2.004 北京科技大学学报 第13卷第5(I)期 Vol.13 No.5(I) 1991年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sept.1991 Cu对WC-Fe/Co/Ni合金组织和性能的影响 杨金辉· 摘要：研究了谦加元素Cu及其含量对WC-Fe/Co/Ni合金组织和性能的影响。结果 表明，当Cu添加较少时，合金的抗考强度随Cu含量的增加而提高，当Cu含量增加到0,8% 时，合金的抗弯强度出现极大值，魅续增抑Cu的含量，合金的抗弯强度又下降。并对组织 结构进行了分析。 关键词：硬质合金，抗弯强度，Cu The Influence of Cu on the Structure and Properties of WC-Fe/Co/Ni Hard.Alloy Yang Jinhui 刀 ABSTRACT:The influence of Cu on the structure and properties of WC-Fe/ Co/Ni hard alloy.The experimental results show that the TRS (Transverse Rupture Strength)of WC-Fe/Co/Ni hard alloy can be improved by increasing Cu in alloy.The TRS of the hard alloy appears maximum by adding 0.8% Cu into the alloy.In the alloy Cu increases continuously,TRS of the alloy appears to decrease, KEY WORDS:hard alloy,transverse rupture strength,Cu 影响合金性能的因素很多，主要有粘结相及其含量、WC晶粒大小、添加剂及合金制造工 艺等。本研究中，除合金元素C“添加量不同外，粘结相及其含量、WC晶粒大小，合金制造 1991-06-13 收稿 ·旷业研究所(Institute of Mining and Mineral Eagineeriag) 29

第 卷第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 。 梦 一 ” 甲 争 对 一 愧 字 合金组织和性能的影响 ‘ 杨金 辉 ’ 摘 要 研究 了添加元素 及其含量对 一 。 合金组织和性 能 的影响 。 结果 表明 ， 当 。 添加 较少时 ，合金的抗 省李度随 含量的增加而 提高 ， 当 。 含量 增加到” 时 ， 合金的抗弯强度出砚极大值， 继续增加 的含量 ， 合金 的抗弯强度又 下降 。 并对组织 结构进行 了分析 。 天孤祠 硬质合金 ， 抗弯弧度 、 ， ， 户才 ‘ 乒 一 ， 翼 刊 口 “ ‘ 汀 。 ， 。 。 。 。 。 。 。 了 一 ， 。 五 ， ， 奋 ， 一 影响 合金性能的 因素很多 ， 主要 有粘结相 及其含量 、 晶粒大 小 、 添加剂及合金制造工 艺等 。 本研究 中 ，除合 金元素 。 添加 量不 同外 ， 粘结相及其含 量 、 晶粒大 小 ， 合金制造 叫甲门 一 一 收稿 ， 矿业 研究所 韵 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．s2．004

制造工艺都相同。还着重讨论合金元素Cu及其含量对合金性能的影响。 1实验方法 ● (1)原材料 WC:总碳6.01%游离碳0.091% -320目多 Co:纯度98.86%-320目， Ni:纯度99%-200目， Fe:纯度98.4%-200目， Cu:纯度99.9%-200目。 (2)试样规格 试样规格为5mm×5mm×30mm矩形，用来测定0bb、HRA、密度(D)。 (3)实验步骤及工艺方法 配料→湿磨→过筛→烘干→过筛→掺胶→烘干→过筛→压制◆烘干→烧结→表面清理→ 样品。 (4)合金性能和组织结构分析。 2实验结果 2.1Fe/Co/Ni粘结相含量对合金性能的影响 Fe/Co/Ni粘结相含量为8%，15%，20%，25%时，0。。分别为2400,2440,2850， 2260(N/imm2)。 对合金性的影响如图1。 2900 2800 3000 2700 2500 260u 2000 2500 1500 200 1000 00.4 0.81.21.62.0 2300 5 10 15 Cu,% 20 Binder phase, ” 图1粘结相含量对WCCo合金性能的影响 图2Cu含量对WC-Fc/Co/Ni合金abb的影响 Fig.1 The influence of binder phase Fig.2 The influence of adding Cu on on the properties of WC-Co the TRS of WC-Co hard metal hard metal 2.2Cu对WC-Co合金抗弯强度的影响 这种影响见表1和图2。 头

制造工艺都相 同 。 还着重讨论合金 元素 及其含量对合金性能 的影响 。 实 验 方 法 原材料 总碳 。 游 离碳 。 一 目多 纯度 乡‘ 一 目 纯度 一 目 纯度 纬 一 目， 纯度 。 一 目 。 试样规格 试样规格为 矩形 ， 用来侧定， 、 、 、 、 密度 刀 。 实验 步骤 及工艺方 法 配料、 湿磨 过 筛 烘干 过 筛、 掺胶 烘干， 过筛 压制 烘干，烧结、 表 面清理， 样品 。 合金性能和组 织结 构分 析 。 实 验 结 果 。 枯结 相含皿对 合 金性能 的形晌 粘结相含量为 ， ， ， 时 ， ‘ 、 、 分 别 为 ， ， 巍 “ 。 对合金性的影响 如图 。 甲一︸止 · 乙七︸召 月 卜 刀肠 ‘户一··七 「一厂一 一川 ‘一 一 奋一土 一 」 尸 一 布厂丫 …了 下 ’ 、 洲 勺、 、 、 、 户尹声‘犷 。 。 ， 〕 日 ， ， 写 图 粘结相含量 对 一 。 合金性能 的 影响 丈 几 一 祖 图 含量对 一 。 合金。 、 、 的影 晌 。 一 蕊 对 一 。 合金杭奄强 度的影晌 沐种影响见表 和 图 “ 斟

表1Cu含量对合金0bb影响 Table 1 The influence of adding Cu on the TRS of WC-Co hard metal 含量，% HRA abb(N/mm2) D(g/cm3) 0 84 1748 13.74 0.4 83.6 1970 13.76 0,8 84.4 2500 14.04 1.2 83.9 2330 13,78· 1.8 83.5 2040 13.78 2,0 83.6 2020 13.59 2.3合金组织结构分析 合金的金相观察如图3。 图3合金显微组织 (a)0.4%Cu,(b)0.8%Cu:(c)1,2%Cu;(d)1.6%Cu;(e)2.0%Cu Fig.3 Microstructure of the hard alloy 名

表 含量对合金 叮 影响 一 含量 ， 写 。 、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 趁 。 。 民 ‘ 钾 ‘ ‘ 咧，甚 曰‘ 谧，， ‘ 目 皓 ，， ， 门 ，曰甲，州 一 月 四召湃 ，‘ 工 “ ‘ 一 ‘ ‘ 二盛 四 朋 些‘ 竺” 妇 明 ‘ 目‘ 月侧 困‘ 口 ‘ ‘ 。 ‘ 晚‘ ‘ ‘ ‘ 妇 叨 姗‘ 未 ‘ 曰 咨 二 一 二 曰 口曰 口 合 金组 织结构分析 合金 的金 相观察如 图 。 刁卜 图 合金 显 微组 织 ， ， 霎

2,4电子探针测定合金粘结相及晶界成分 结果表明，含Cu量为0.4%和0,8%时，硬质合金中的Cu全部溶入粘结相中，含1,2%Cu 时，只有部分Cu溶入粘结相，另一部分附在晶界上。 2.5X射线相分析结果 在WC-Fe/Co/Ni中加入0.4%Cu后，合金中存在的相有：Fe-Co-Ni-Cu,a-Fe,WC, 71(Co,WsC);92(CoeW,C)若加入1.2%Cu后，合金中存在的相有：Fe-Co-Ni-Cu,a-Fe, (Cu).F,2(Co:WeC)。 了·研究结果及分析讨论 由表1和图.2看出，合金的抗弯强度随着合金元素Cu含量的增加而提高，当Cu的含量 增加至0.8%时出现极大值；继续增加Cu的含量，抗弯强度又趋于下降。电子探针和相分析 结果表明，在WC-Fe/Co/Ni合金中加入小于或等于0.8%Cu时，Cu几乎全部溶人粘结相而 形成Fe-Co-Ni-Cu固溶体。由于Cu与Fe、Co、Ni元素形成的是代位固溶体，所以Cu在固 溶体中替代了粘结相中这些原子占有的位置，此时由于它们之间原子尺寸的差异，引起了晶 格崎变，即在C0原子周围产生了弹性内应力，起到了固溶强化的作用，使合金的抗弯强 度提高12)。粘结相内C的含量越高，强化效果越明显，抗弯强度提高的越多。因而抗弯 强度在Cu含量小于0.8%的范围内随Cu含量的增加而提高。 在Cu含量超过了0.8%之后，合金的抗弯强度又下降了。由电子探针成分分析可知，在 含Cu0.4%、0.8%的合金中，Cu几乎全部溶入括结相中。而在含Cu2.0%的合金中，Cu除 一部分溶人粘结相内，还有一部分Cu在WC晶品界上。从X一射线相分析结果也证实了这一 点。在含Cu0.4%的合金中，由于Cu的溶人形成Fe-Co-Ni-Cu固溶体，当含Cu量超过0.8% 之后，除存在这种固溶体外，还有单质的C出现。由上面分析可以确定，Cu在WC晶粒上富 集、单质Cu在WC品界上的析出，降低了WC晶粒和粘结相的结合强度，从而导致合金抗弯 强度的下降(8)。所以要获得高的抗弯强度，必须严格控制合金元素Cu的加人量。 f 4结 论 (I)采用传统的硬质合金生产工艺可以满意地获得WC-F©/Co/N硬质合金。 (2)在WC-Fe/Co/Ni合金中添加一定量的Cu可以使合金的抗弯强度有较大的提高。 参考文献 1 Brabyn S N.Effects the Substlution of Nickel for Cobal in WC Based, 1984 2 WC基硬质合金制造方法，日本专利10A61,特公昭54-4884 3松山芳治，三谷裕康，铃木寿著，周安生等译。粉未治金学，1978 23

电午探针浦定合金枯结相 及晶界成分 、 结果表 明 ， 含 量为。 和。 时 ， 硬质合金 中的 全部溶入粘结相中， 含 妥河 。 时 ， 只有部分 溶人粘结相 ， 另一部分 附在晶 界上 。 射线担分析结果 在 一 中加人 纬 后 ， 合金中存在的相有 一 农 一 ，。 一 ， ， ， ，专 若加人 · 后 ，合金 中存 在的相 有 一 一 ‘ 一 ， 一 ， 。 ‘ ，， 己 。 。 。 。 子 研究结果及分析讨论 由表 和图，看 出 卜， 合金的抗弯强度随着合金元素 ” 含量的增加而提高 ，， 当 ‘ 的含量 增加 至。 时出现极大值 继续增加 的含量 ， 抗 弯强度又趋于下降 。 电子探针和相分 析 结果表明 ， 在 一 合金 中加人小于 或等于。 时 ， 二 几乎全部溶人粘 结相而 形 成 一 。 一 一 固溶体 。 由于 与 、 。 、 元素形成的 是代位 固溶体 ， 所以 在 固 溶体中替代了粘结相中这些原子 占有的位置 ， 此时 由于 它们之 间原子尺寸的差异 ， 弓起了晶 格 崎 变 ， 即 在 。 原 子周围产生 了弹性内应力 ， 起 到 了固溶 强化的作 用 ， 使合金 的 抗 弯强 度提高 〔 ，终 ’ 。 粘结相内 “ 的含量越高 ， 强化效果越 明显 ， 抗弯强 度提高的越多 。 因西林弯 强 度在 含量小于。 。 的范 围内 随 。 含量的增加 而 提高 。 在 。 含量超过了 之 后 ， 合金的抗 弯强 度又 下降了 。 由电子探针 成分分 析可知 ， 在 含 。 、 。 的合金中 ， 几乎全部溶入粘结相 中 。 而在含 的 合金 中 ， 除 一 部分溶入粘结相内 ， 还有一部分 在 晶界上 。 从 一射线相分 析结果 也 证 实了 这一 点 。 在含 的 合金中 ， 由于 的溶 入形成 一 。 一 一 固溶体 ， 当含 量超过 。 之后 ， 除存在这 种 固溶体外 ， 还有单质的 出现 。 由上 面分析可 以 确定 ， 在 晶粒上富 集 、 单质 。 在 晶界上 的析 出 ， 降低了 晶粒和粘结相的结合强 度 ， 从而导致 合金抗 弯 强度的 下降 〔 “ 〕 。 所以要获得高的抗弯强度 ， 必须严格控制合金元素 的加 人 量 。 结 论 采 用 传统 的硬 质合金生产工艺可以满意地获得 一 硬 质合金 。 在 一 。 合金中添加一定量的 可 以使合金的抚弯强度有较大的提高 。 参 考 文 献 。 基硬质合金制造方法 ， 砷 日本专利 ， 特公 昭 一 攀 松 山芳治 ， 三谷裕康 ， 铃木寿著 ， 周 安生等译 ， 粉末冶 金 学， 了 贾番