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再生硬质合金性能提高及工艺优化研究
作 者: 赵万军
导 师: 阮建明
学 校: 中南大学
专 业: 材料学
关键词: 硬质合金 锌熔法 稀土 回收WC 断裂源
分类号: TG135.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
自从硬质合金问世以来,回收利用问题就一直为业内人士所关注。废料再生利用符合国家循环经济的政策,对降低资源的消耗和硬质合金工业的可持续发展,对防止自然生态环境的进一步恶化,都有十分重要的意义。本论题的核心目标是有效地利用第二资源。首先,结合企业实际情况,针对锌熔法回收工艺,通过采用不同合金块尺寸、加锌量、锌熔时间进行对比实验,优化回收工艺,提高回收率,减少回收料中杂质含量。研究表明:合金块料的尺寸在5mm以下、熔散时间10小时以上以及加锌量在1:1左右时,可以保证再生料的回收率与再生料质量。其次,采用一系列全面的检测手段和方法测定再生料的化学及物理性能,为再生硬质合金的制备工艺的制定提供理论依据。研究表明:再生碳化钨形状规则,结晶度高,化合碳充足,但其粒度分布不均。再生Co粉为树枝缠结状,粒度分布范围较广且含有较多的粗钴粒,且再生料往往含有较高的氧含量和较多的化学元素杂质,这将对再生合金的组织性能产生一定的负面影响。然后,以WC-Co硬质合金作为研究体系,以回收WC粉末和Co粉末为原料,通过调控和改进碳平衡参数、球磨时间和烧结温度等工艺参数,经反复实验摸索出一条再生料制备硬质合金的生产工艺。研究表明:将WC的含碳量调至5.90%,湿磨时间为48小时,烧结温度为1410℃、保温40分钟时可以制得综合性能良好的再生硬质合金;影响再生硬质合金抗弯强度的缺陷中,孔隙和夹杂形成断裂源的几率最大,且造成此类缺陷的脏化要比常规原生合金明显。最后,通过添加微量稀土氧化物Y2O3,分析研究稀土氧化物对再生合金的组织结构及性能的影响,并初步探讨其作用机理,以求拓宽再生料的应用范围。研究表明:添加微量稀土氧化物Y2O3可以改善合金的晶粒均匀性和孔隙度,增强粘结相中α-Co的稳定性,在一定程度上提高了合金强度,从而证明了在再生硬质合金中添加稀土强化性能的可行性。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-8 第一章 文献综述 8-29 1.1 硬质合金概述 8-14 1.1.1 硬质合金分类 8-9 1.1.2 硬质合金工业的发展历程 9-10 1.1.3 世界硬质工业的发展现状 10-13 1.1.4 我国硬质合金工业中存在的问题 13-14 1.2 废硬质合金回收方法及再生料性能 14-23 1.2.1 我国钨、钴资源状况分析 15-16 1.2.2 废硬质合金回收方法 16-20 1.2.3 硬质合金再生料特性研究 20-21 1.2.4 硬质合金再生料应用研究 21-22 1.2.5 我国再生硬质合金生产中存在的问题 22-23 1.3 稀土添加剂在硬质合金中的应用 23-27 1.3.1 稀土硬质合金的国外研究概况 23 1.3.2 稀土硬质合金的国内研究状况 23-24 1.3.3 稀土元素对硬质合金组织和性能的影响 24-27 1.3.4 稀土在硬质合金中存在形态与分布问题 27 1.4 本项目提出的背景和目标 27-28 1.5 本项目的研究方案 28-29 第二章 锌熔法回收工艺及再生料性能研究 29-45 2.1 前言 29-30 2.2 实验方案 30-33 2.2.1 实验原材料及设备 30-31 2.2.2 锌熔法回收硬质合金工艺优化 31-33 2.2.3 锌熔法再生料性能研究 33 2.3 实验结果与讨论 33-44 2.3.1 废合金块料尺寸对熔散过程的影响 33-35 2.3.2 加锌量对熔散过程的影响 35-36 2.3.3 熔散时间对熔散过程的影响 36-38 2.3.4 再生料与原生料化学成分分析 38-39 2.3.5 再生料与原生料粉末颗粒形貌及粒度对比 39-42 2.3.6 再生料与原生料粉末球磨性能对比 42-44 2.4 本章小结 44-45 第三章 再生硬质合金制备工艺及组织与性能研究 45-65 3.1 前言 45 3.2 实验方案 45-48 3.2.1 原材料及仪器设备 46 3.2.2 成型剂的选取 46-47 3.2.3 配碳工艺探索 47-48 3.2.4 球磨时间和烧结温度的探索 48 3.2.5 再生料扩展应用 48 3.2.6 检测方法 48 3.3 实验结果与讨论 48-63 3.3.1 碳含量对合金组织与性能的影响 48-51 3.3.2 合金制备过程中的碳量控制 51-52 3.3.3 球磨时间和烧结温度工艺探索 52-56 3.3.4 再生料扩展应用 56-59 3.3.5 再生合金断裂源缺陷分析 59-63 3.4 本章小结 63-65 第四章 添加Y2O3对再生合金组织及性能的影响 65-73 4.1 前言 65 4.2 实验方案 65-66 4.2.1 原材料及仪器设备 65-66 4.2.2 实验方法 66 4.3 实验结果与讨论 66-71 4.3.1 稀土氧化物对再生合金物理力学性能的影响 66-69 4.3.2 稀土氧化物对粘接相成分和结构的影响 69-70 4.3.3 稀土相在合金内的分布 70-71 4.4 本章小结 71-73 第五章 结论 73-75 参考文献 75-84 致谢 84-85 攻读学位期间主要的研究成果 85
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 特种机械性质合金 > 硬质合金
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