燒結工藝對YT硬質合金表面成分及其性能的影響

楊新宇,顏耀科

(自貢硬質合金有限責任公司,四川自貢643011)

燒結工藝對YT硬質合金表面成分及其性能的影響

楊新宇,顏耀科

(自貢硬質合金有限責任公司,四川自貢643011)

采用三種燒結工藝分別制得三種不同類型的鎢鈷鈦類硬質合金,分析了不同燒結工藝下的合金表面形態、微區組織結構以及使用性能。結果表明:采用分壓燒結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;分壓燒結

1 引言

硬質合金燒結是一種典型的液相燒結[1],常見的燒結工藝是真空脫蠟真空燒結、氫氣脫蠟真空燒結,目前先進廠家使用的燒結工藝主要是氫氣脫蠟真空燒結。真空燒結有很多優勢:提高了爐內氣氛的純度,減少了有害雜質對合金質量的影響,有利于金屬氧化物的還原和去除,負壓改善了粘結金屬對硬質相的潤濕性,減少合金相界面間的雜質偏聚量,減少燒結體中毛細管阻力,因此真空燒結工藝在硬質合金生產中得到廣泛的應用[2]。但真空燒結工藝生產的鎢鈷鈦和鎢鈦鉭鈷類合金表面易產生富鈷現象,從而對合金組織結構和使用性能產生負面影響。本文從燒結工藝方面進行改進、使合金表面不存在富鈷現象、從而提高合金外觀一致性和質量的穩定性等方面進行了闡述。

2 實驗方案

2.1 樣品制備

采用YT15(WC-15TiC-Co)大批混合料制備出試驗產品T31605F,A320

2.2 燒結工藝

第一組 正常真空燒結

第二組 正常真空燒結+氬氣分壓燒結

第三組 真空燒結+氬氣分壓燒結(分壓燒結間停抽真空)

2.3 檢測分析

采用LEICA DMRE金相顯微鏡對試樣微觀組織結構進行檢查,用KOERZIMAT1.096 矯頑磁力機和SM—8100型磁飽和感應測量儀分別測試試樣的磁力和磁飽和,用HR-150G型洛氏硬度計測量試樣的硬度。HORIBA有限公司EMAX-320X射線能譜儀測量表面應力。

磨損試驗:以國際標準ISO3685為標準,規定以1/2處切削深度處后刀面上測定的磨損帶寬度VB作為刀具磨損標準的衡量標志。使用TK36數控車床,試驗方法為連續車削棒料(?100×315),材料為調質45#鋼,硬度HRC28,通過秒表測定切削時間,并用影像儀對刀片刃口磨損進行拍照。

沖擊試驗:使用刀片為全磨A320刀片,試驗方法為在車床上車削帶四個寬為25mm槽的?150mm棒料,材料為普通45#鋼。通過秒表測定每次沖擊時間,初定為每隔60s用影像儀對刀具進行一次拍照,直到刀具破損為止。

3 試驗結果分析

3.1 表觀形貌分析

圖1為正常真空燒結產品表面形貌,可以看到表面有梯田狀的組織,根據能譜分析結果,表明產品表面覆蓋的物質為含少量(W,Ti)C固溶體的富鈷層,鈷的質量分數達到60.88%(見表1)。圖2為真空燒結和高溫階段分壓燒結的產品表面形貌,根據能譜分析結果,可以看出產品表面富硬質相而貧鈷。

圖1 真空燒結表面形貌

圖2 真空燒結+氬氣分壓燒結(停抽真空)

表1 不同燒結工藝表面成分差異

3.2 富鈷形成機理

正常情況下,硬質合金鈷相分布是均勻的,但受產品與燒結氣氛碳濃度梯度影響,在冷卻過程中,氣氛為脫碳氣氛時,合金表面最先脫碳,Co與C的親和力低,從高碳區向低碳區緩慢遷移,而(WTi)C與C親和力強,向內部遷移,造成表層形成梯田狀富鈷層。由于爐內殘留石蠟等,分壓后爐內形成弱滲碳氣氛,阻礙Co相向表面遷移,從而形成貧鈷層。

4 富鈷對產品性能的影響

表2為貧鈷和富鈷產品性能檢測結果,從表中還可以看出,分壓后刀片鈷磁平均要比不分壓產品高出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,其他性能基本一致。另外,通過抑制鈷相向表層遷移,使合金內部液相增多,使合金孔隙度降低。

表2 富鈷與貧鈷刀片性能對比結果

表3為產品表面應力檢測數據,從表中可以看出,正常真空燒結產品表面為拉應力,分壓燒結產品為壓應力,拉應力產品在使用和焊接過程中表現為不耐磨,易出現焊接裂紋等,而壓應力產品則表現出較高的耐磨性和抗沖擊性能。

表4為富鈷產品和貧鈷產品在使用過程中檢測的兩個重要指標:耐磨性和抗沖擊性,其中切削參數:45#調質鋼,線速度120m/ min,吃刀量2.0mm,進給量0.4mm/r,切削時間15min。

表3 合金表面應力檢查結果

從表4中可以看出,兩種不同燒結工藝生產的刀片在使用性能上有很大差異,貧鈷刀片連續切削15min后刀面磨損值只有富鈷刀片的一半左右,主要是因為表面鈷含量高,降低了表面硬度。貧鈷刀片的抗沖擊性也有所提高,因為表面富鈷降低了合金內部鈷含量及分布,一定程度上降低了產品的抗沖擊韌性。

表4 合金使用性能分析

5 結論

(1)通過高溫分壓工藝,可有效避免合金表面產生富鈷現象,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力,而富鈷刀片表面形成拉應力。

(3)分壓后刀片耐磨性和沖擊韌性明顯提高。

[1] 陳楚軒.硬質合金質量控制原理[M].2008.

[2] 傅又紅.鎢鈷鈦類硬質合金表面亮花的形成及其對產品性能的影響[J].硬質合金,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,從事硬質合金數控刀片的研究。