與純WC無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金相比,復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的硬度、彈性模量等物理性能可能略微降低,但是一般都有著更好的燒結(jié)性能,并可以在一定程度上減少WC的使用量,從而降低生產(chǎn)成本。并且,根據(jù)添加物的不同,燒結(jié)體的熱傳導(dǎo)性,耐磨性等性能也有可能得到改善。因此,復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金受到更多學(xué)者的關(guān)注。
目前為止,已經(jīng)開(kāi)發(fā)的復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金主要有WC-TiC-TaC、WC-TiC、WC-Mo2C、WC-MoC、WC-Sic及WC-MoC-SiC。
WC-TiC-TaC
日本某公司開(kāi)發(fā)的WC-3wt%Tac硬質(zhì)合金在經(jīng)過(guò)普通的常壓燒結(jié)后,再經(jīng)過(guò)HIP處理得到致密的燒結(jié)體。這種無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金與被廣泛使用的WC-Co合金相比較,有著較高的硬度的同時(shí),耐腐蝕性也得到了顯著的改善。目前這種合金已作為精密模具、鏡面工具或核能發(fā)電所的部分機(jī)械密封部件的原材料得到了廣泛的應(yīng)用,此外這種合金也在光學(xué)模具上得到了廣泛的應(yīng)用。
WC-TiC
這種復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金雖然表現(xiàn)出了良好的硬度,但是由于TiC的韌性較低,燒結(jié)體的韌性會(huì)隨著TiC含量的增加而減少。當(dāng)TiC的添加量為50mol%時(shí),燒結(jié)體的斷裂韌性值只有純WC的1/2。并且由于Tic的彈性模量比WC的彈性模量低,可以預(yù)想,隨著Tic含量的增加,燒結(jié)體的彈性模量也會(huì)隨之下降。
WC-Mo2C
由于Mo2C的添加量的增加,燒結(jié)體的硬度會(huì)下降。但是在Mo2C的添加量為6wt%時(shí),這種復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的維氏硬度依然高達(dá)21GPa。同時(shí),燒結(jié)體的斷裂韌性隨著Mo2C添加量的增加而增加。符合一般硬質(zhì)合金硬度與韌性的變化規(guī)律。與WC-TiC復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相燒結(jié)體一樣,Mo2C的彈性模量?jī)H為391GPa,同樣低于WC,隨著Mo2C含量的增加,燒結(jié)體的彈性模量也可能隨之降低。
WC-Sic
WC-Sic系復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金是目前所開(kāi)發(fā)的無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金中燒結(jié)性能最好的材料。當(dāng)SIC的添加量為0~20mol%時(shí),可以在1600℃SPS燒結(jié)或1750℃常壓燒結(jié)的條件下獲得致密的燒結(jié)體。但當(dāng)SIC含量高于20%時(shí),燒結(jié)體的致密度會(huì)大幅降低。
WC-SiC無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金不單有著高的硬度和彈性模量,由于高熱傳導(dǎo)性的SIC的添加,與一般的無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金相比也有著更高的熱傳導(dǎo)性。同樣,由于SIC的彈性模量較低,隨著SIC含量的增加燒結(jié)體的彈性模量會(huì)逐漸降低。硬度則會(huì)跟不同SIC添加量所引起的WC晶粒大小變化緊密相關(guān),呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。這類復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金目前被小規(guī)模應(yīng)用于精磨模具行業(yè)。
WC-MoC
WC-MoC系復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金是一種固溶體硬質(zhì)合合金。由SPS燒結(jié)技術(shù)得到的WC-20 mol%MoC復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相燒結(jié)體的彈性模量為660GPa,維氏硬度為24.1GPa,斷裂韌性為5.73MPa.m1/2。經(jīng)退火處理后,燒結(jié)體密度雖然進(jìn)一步提高,但晶粒發(fā)生長(zhǎng)大。2000℃退火后的WC-20mol%MoC復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相燒結(jié)體的彈性模量為667GPa,維氏硬度為21.6GPa,斷裂韌性為5.33MPa.m1/2。利用固溶體來(lái)進(jìn)行燒結(jié),也有很大的可能得到性質(zhì)優(yōu)良的WC-MoC復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金。
WC-MoC-SiC
WC-MoC-SiC系復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金是在WC-MoC系復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,與WC-MoC復(fù)合式硬質(zhì)合金相比有著更好燒結(jié)性能,并且進(jìn)一步降低了高價(jià)WC的使用量。通過(guò)添加SIC,在改善燒結(jié)性的同時(shí)促進(jìn)了Mo2C與C在WC相中的固溶。利用SPS技術(shù)在1600℃獲得致密的SIC復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金,彈性模量為615GPa,維氏硬度為23.2GPa,斷裂韌性為5.7MPa。
在添加SIC之后,試樣的燒結(jié)性得到了明顯的改善,并在1900℃得到了致密的WC-MoC-SIC復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金。隨著SIC含量的增加,燒結(jié)體的彈性模量下降的,但硬度與斷裂韌性幾乎不隨SIC添加量的變化而變化。由常壓燒結(jié)方法所制備的SIC復(fù)合式無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的彈性模量為610GPa,維氏硬度為20.7GPa,斷裂韌性為5.5MPa.m1/2。
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