摘 要:為了確定某些礦用硬質(zhì)合金的選用原則,分析了具有相同硬度、不同高鈷和低鈷含量硬 質(zhì)合金的性能差異,制作了硬度約為89.5HRA 的 YG8T 低鈷粗顆粒和 YG18T 高鈷細顆粒硬質(zhì) 合金。采用金相檢驗、力學性能測試等方法分析了兩種合金的性能,對兩種合金的斷裂韌性和耐磨 性進行了檢測,結(jié)果表明:相同硬度的低鈷粗顆粒硬質(zhì)合金的耐磨性更好,高鈷細顆粒硬質(zhì)合金具 有更好的抗折斷能力。

關鍵詞:硬質(zhì)合金;低鈷粗顆粒;高鈷細顆粒;耐磨性;斷裂韌性

中圖分類號:TH87;TG115.5 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)06-0021-05

硬質(zhì)合金是由高熔點的金屬化合物和金屬黏結(jié) 劑經(jīng)粉末冶金方法制成的,具有硬度高、耐磨性好、 化學穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好等特點,并且還具有一定 的韌性。硬質(zhì)合金被廣泛應用于切削工具、采礦設 備以及金屬密封等領域[1]。通常要求硬質(zhì)合金具有 承載能力好、耐磨性好、抗沖擊能力強等特點[2]。低 鈷粗顆粒和高鈷細顆粒硬質(zhì)合金具有高耐磨性與強 韌性[3]。孔德方等[4]在原料粉末粒度為0.8μm,鈷 的質(zhì)量分數(shù)為10%的碳化鎢(WC)細晶硬質(zhì)合金中 加入不同量的4μm~11μm 粒度的 WC粉末,考察 細晶硬質(zhì)合金中粗晶粒的含量和粗晶尺寸對細晶硬 質(zhì)合金性能的影響,發(fā)現(xiàn)細晶硬質(zhì)合金中粗晶 WC 粒度小于10μm,粗晶體積分數(shù)小于0.29%,合金的 綜合性能可達到未含粗晶 WC 合金的性能。郭圣 達等[5]對不同鈷含量的粗晶硬質(zhì)合金生產(chǎn)過程的各 個環(huán)節(jié)進行了研究,發(fā)現(xiàn)鈷含量越低,合金硬度越 高;孔隙率越小,晶粒分布越均勻,合金強度和硬度 越高。閆明遠[6]等在細顆粒 WC 中逐漸增加粗顆 粒 WC含量,以找到粗細顆粒搭配量對合金性能的 影響,發(fā)現(xiàn)對于鈷的質(zhì)量分數(shù)為7%的 WC 硬質(zhì)合 金,當粗顆粒 WC 質(zhì)量分數(shù)為50%時,合金的綜合 力學性能最佳。在實際使用中,主要要求合金具有 高的抗折斷能力和高的耐磨性。

筆者制作了兩種硬度相同的低鈷粗顆粒硬質(zhì)合金和高鈷細顆粒硬質(zhì)合金,比較相同硬度下低鈷粗 顆粒硬質(zhì)合金和高鈷細顆粒硬質(zhì)合金的性能,并評 估其耐磨性和抗折斷能力,采用金相檢驗、力學性能 試驗等方法對這兩種硬質(zhì)合金的選用原則進行了 分析。

1 材料的配制

制作了含鈷的質(zhì)量分數(shù)分別為 8% 和 18% 的 WC硬質(zhì)合金,分別命名為 YG8T 和 YG18T,硬度 為(1300±50)HV。

YG8T 中 WC 粉 (WC-1)的 費 氏 粒 度 為 2.8μm,YG18T 中 WC 粉 (WC-2)的 費 氏 粒 度 為1.6μm;兩者采 用 的 鈷 粉 費 氏 粒 度 均 為 1.11μm。 由于 YG18T 的粉料太細,需增加晶粒長大抑制劑 碳化鉭(TaC),其費氏粒度為1.45μm。粉料的化 學成分如表1所示[7-9]。

采用小罐球磨筒進行配料,以鈷為黏結(jié)劑、石臘 為成形劑,為了使 YG8T 和 YG18T 的硬度相同,需 將碳元素的質(zhì)量分數(shù)控制為6.11%和6.08%,所以 YG18T 的配料中需加質(zhì)量分數(shù)為0.4%的鎢粉。每 罐加 0.27 L 酒 精,0.025kg 石 臘,0.17g 油 酸 (0.2mL),料球比為1∶1,裝填系數(shù)為0.5,球磨時間 為48h,YG8T 和 YG18T 的混合配料成分如表 2 所示。

混合料經(jīng)過濾、烘干、擦篩、制粒等工序形成可壓 制料,在 DORST型雙向壓機上按制好的模具壓制試 樣,壓力為150MPa~200MPa,制備10個橫向斷裂 強度試樣用于檢測橫向斷裂強度(抗彎強度),10個 沖擊韌性試樣用于檢測沖擊韌性,4個方形試塊用于 金相檢驗以及硬度、密度、粒度等測試,6個磨損試樣 用于檢測材料的耐磨性。將壓制好的料各配在兩爐 中燒結(jié),不同晶粒度的硬質(zhì)合金不放在同一爐中。配 爐采 用 低 壓 燒 結(jié),燒 結(jié) 溫 度 分 別 為 1480℃和 1410℃,加壓壓力為5MPa。

2 試驗方法

將燒結(jié)出來的試樣在 DY618S 型平面磨床和 120 # 金剛石砂 輪 上 進 行 粗 磨,再 用 消 磁 器 進 行 消 磁。將方 形 試 塊 用 酒 精 進 行 清 洗、吹 干 后,采 用 BSA-224S-DS1型密度儀。按照 GB/T3850—2015 《致密燒結(jié)金屬材料與硬質(zhì)合金密度測定方法》的規(guī)定測試試樣的密度;采用 YSK-IV 型矯頑磁力計,按 照 GB/T3848—2017 《硬質(zhì)合金 矯頑(磁)力測定 方法》測試試樣的矯頑力;采用 MCoMT-Ⅱ型鈷磁 測量儀,按照 GB/T23369—2009《硬質(zhì)合金磁飽和 (MS)測定的標準試驗方法》測量試樣中鈷的含量。

將方形試樣用 DK7735 型線 切 割 機 切 成 尺 寸 (長×寬×高)為20mm×20mm×15mm 的小方 塊,在 CASTN Vac1000型真空鑲嵌機上采用環(huán)氧 樹脂對試樣進行鑲嵌;用 EcoMet300/AutoMet300 型金相拋磨機進行粗磨、精磨、研磨和拋光;用消磁 器進行消磁;將試樣浸泡在乙醇中,在 SK8200HP 型超 聲 波 清 洗 器 中 進 行 清 洗。 經(jīng) 吹 干 后,按 照 GB/T3489—2015《硬質(zhì)合金 孔隙度和非化合碳的 金相測定》的要求用 OLYMPUSBX51RF型光學顯 微鏡進行孔隙度和非化合碳的測定。采用體積分數(shù) 均為20%的鐵氰化鉀和氫氧化鉀水溶液的混合溶 液作為腐蝕劑,對試樣拋光面按時間長度進行