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三元硼化物基硬质合金制备技术的研究

作　者: 孙帆
导　师: 郑勇
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料学
关键词: 三元硼化物基硬质合金 显微组织 力学性能 合金元素 低压热等静压
分类号: TG135.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


WC-Co/TiB2体系的三元硼化物基硬质合金具有极高的硬度和优良的耐蚀性,本文主要采用真空烧结的方法制备硬质合金,并用低压热等静压烧结的方法改善硬质合金的力学性能。采用热分析（DSC）、X射线衍射分析（XRD）、X射线能谱仪分析（EDS）、扫描电镜分析（SEM）等实验手段系统研究了三元硼化物基硬质合金的制备工艺、成分、显微组织与力学性能等之间的关系。研究了WC-Co/TiB2体系的三元硼化物基硬质合金烧结过程中的相变和显微组织的演变规律,研究了烧结温度和烧结时间对硬质合金组织和性能的影响,初步确定了硬质合金的烧结工艺。研究结果表明:硬质合金在固相烧结阶段生成WCoB相,当进入到液相烧结后,WCoB相会发生分解,经液相烧结后的硬质合金相组成为W2CoB2、TiC及少量的TiB2。硬质合金在1400℃下烧结60min后具有较好的综合力学性能。研究了主要组元中Co含量和WC与TiB2相对比例对三元硼化物基硬质合金相组成、显微组织和力学性能的影响,结果表明:Co含量增加时,剩余TiB2的量不断减少,当Co含量达到22.4wt%时,会出现脆性的Co2B相。WC/TiB2比过低,会严重降低硬质合金的烧结性能,WC/TiB2比为0.5时,硬质合金具有较好的综合力学性能。研究了合金元素Mn和Mo对三元硼化物基硬质合金显微组织和力学性能的影响,结果表明:Mn的添加可以改善烧结时液相对硬质相的润湿性,从而细化晶粒,提高了硬质合金的抗弯强度。Mo元素会向W2CoB2相中固溶生成（W, Mo） 2CoB2固溶体,且（W, Mo） 2CoB2固溶体核心处富Mo,形成了具有浅灰色核心的双层结构,同时适量Mo的添加使得硬质合金的各项力学性能均有一定的提高。研究了低压热等静压烧结工艺对三元硼化物基硬质合金显微组织和力学性能的影响,结果表明:经低压热等静压烧结后的硬质合金具有更小的颗粒尺寸,孔隙度明显减小,力学性能有所提高。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-25
  1.1 引言  12-14
  1.2 硬质合金制备技术的发展概况  14-17
    1.2.1 粉末制备方法  14
    1.2.2 混料  14-15
    1.2.3 成型  15-16
    1.2.4 烧结  16-17
  1.3 WC-CO硬质合金的研究现状  17-21
    1.3.1 超细和纳米硬质合金  17-18
    1.3.2 涂层硬质合金  18
    1.3.3 梯度硬质合金  18-19
    1.3.4 合金元素在硬质合金中的作用  19-20
    1.3.5 热等静压工艺在硬质合金中的应用  20-21
  1.4 三元硼化物基硬质合金的研究现状  21-23
    1.4.1 表面渗硼  21-22
    1.4.2 微量硼作为添加剂  22
    1.4.3 硼或硼化物作为主要组元  22-23
  1.5 本文的研究目的  23-24
  1.6 本文的技术路线  24-25
第二章 试验材料的成分设计及制备工艺  25-30
  2.1 引言  25
  2.2 试验成分设计  25-27
  2.3 粉末的原始条件  27
  2.4 三元硼化物基硬质合金的制备工艺  27-28
    2.4.1 配料  27
    2.4.2 球磨混料  27
    2.4.3 烘干  27
    2.4.4 压制  27-28
    2.4.5 真空烧结  28
    2.4.6 低压热等静压烧结  28
  2.5 分析与测试  28-30
    2.5.1 差示扫描量热分析（DSC）  28
    2.5.2 物相分析  28
    2.5.3 SEM 显微组织结构分析  28
    2.5.4 力学性能分析  28-30
第三章 三元硼化物基硬质合金真空烧结工艺研究  30-43
  3.1 引言  30
  3.2 试验方法  30
  3.3 硬质合金烧结过程中的相变和显微组织的演变  30-35
    3.3.1 烧结过程中的相变  30-32
    3.3.2 烧结过程中的显微组织演变  32-35
  3.4 烧结温度对硬质合金显微组织和力学性能的影响  35-38
    3.4.1 烧结温度对硬质合金显微组织的影响  36
    3.4.2 烧结温度对硬质合金力学性能的影响  36-38
  3.5 烧结时间对硬质合金显微组织和力学性能的影响  38-41
    3.5.1 烧结时间对硬质合金显微组织的影响  38-40
    3.5.2 烧结时间对硬质合金力学性能的影响  40-41
  3.6 三元硼化物基硬质合金真空烧结工艺的确定  41-42
  3.7 本章小结  42-43
第四章 主要组元对硬质合金组织和性能的影响  43-55
  4.1 引言  43
  4.2 试验方法  43
  4.3 Co含量对硬质合金组织和性能的影响  43-49
    4.3.1 Co含量对硬质合金相组成的影响  44-45
    4.3.2 Co含量对硬质合金显微组织的影响  45-47
    4.3.3 Co含量对硬质合金力学性能的影响  47-49
  4.4 WC/TiB_2 比对硬质合金组织和力学性能的影响  49-53
    4.4.1 WC/TiB_2比对硬质合金相组成的影响  50
    4.4.2 WC/TiB_2比对硬质合金显微组织的影响  50-52
    4.4.3 WC/TiB_2比对硬质合金力学性能的影响  52-53
  4.5 本章小结  53-55
第五章合金元素对硬质合金组织和性能的影响  55-71
  5.1 引言  55
  5.2 试验方法  55
  5.3 Mn含量对硬质合金组织和性能的影响  55-60
    5.3.1 Mn含量对硬质合金相组成的影响  56
    5.3.2 Mn含量对硬质合金显微组织的影响  56-58
    5.3.3 Mn含量对硬质合金力学性能的影响  58-60
  5.4 Mo含量对硬质合金组织和性能的影响  60-69
    5.4.1 Mo含量对硬质合金相组成的影响  60-61
    5.4.2 Mo含量对硬质合金显微组织的影响  61-68
    5.4.3 Mo含量对硬质合金力学性能的影响  68-69
  5.5 本章小结  69-71
第六章 低压热等静压烧结工艺对硬质合金组织和性能的影响  71-74
  6.1 引言  71
  6.2 试验方法  71
  6.3 低压热等静压烧结工艺对硬质合金组织和性能的影响  71-73
    6.3.1 低压热等静压烧结工艺对硬质合金显微组织的影响  71-72
    6.3.2 低压热等静压烧结工艺对硬质合金力学性能的影响  72-73
  6.4 本章小结  73-74
第七章 全文总结  74-76
  7.1 本文主要结论  74-75
  7.2 本文创新之处  75-76
参考文献  76-82
致谢  82-83
在学期间的研究成果及发表的学术论文  83

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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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