材料学专业 硬质合金分析研究

摘要本文采用扫描电镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）、X 射线衍射（X-ray diffractometry，XRD）和电子探针（electron probe microanalysis，EMPA）等分析手段，研究了淬火和回火处理对 WC-20Co 硬质合金的微观结构与力学性能的影响。结果表明：在一定温度范围内，淬火温度越高，材料的硬度和抗弯强度也越高；当淬火温度达到 1350℃时，其硬度和抗弯强度开始下降。在淬火温度一定的条件下，回火温度越高，钴相中保留的高温相 α-Co 含量和固溶的 W 含量越低，材料的力学性能也随之降低。对比不同淬火介质后发现，相比于油淬，水淬处理更有助于提高材料的综合性能。关键词硬质合金；淬火；回火；钴相；力学性能硬 质 合 金 是 由 难 熔 金 属 的 硬 质 碳 化 物 （ 如WC 、 TiC 、 NbC 、 TaC 、 VC 等 ） 和 粘 结 金 属 或 合 金（Co、Fe 和 Ni 等），通过粉末冶金工艺制成的一种金属陶瓷复合材料。硬质合金具有硬度高、强度和韧性较好、耐热、耐磨、耐腐蚀等一系列优良性能，作为刀具材料得到广泛应用，被称为“工业的牙齿”[1]。但是，硬质合金的硬度与韧性之间存在矛盾；如何在保证高硬度的前提下提高其韧性，一直是研究者所关注的课题。国内外的研究表明，热处理在这方面可以发挥独特的作用[2]。在 WC-Co 硬质合金中，WC 是 W 和 C 化学计量比接近 1；1 的相对稳定的化合物，热处理前后材料性能的变化主要来源于对钴相成分和结构的调控[3]。Gu 等人[4]将 WC-11Co 硬质合金在1250℃高温(Ar 气氛)保温 1h，进行油淬后发现：钴相中 ɑ-Co 比例和 W 在钴中的固溶含量增加，抗弯强度明显增加。研 究 表 明 [5-7] ： 含 钴 量 不 同 的 硬 质 合 金（YG5、YG10、YG14、YG15 等）在经历淬火回火后，其抗弯强度和冲击韧性均可出现不同程度的提高。尽管 WC-Co 硬质合金的淬火处理可以改善合金的综合性能，但目前对热处理后性能变化的影响机制研究仍不够全面。因此，本文将 WC-20 硬质合金在不同的温度下进行淬火和回火，主要研究淬火介质、淬火温度和回火温度对钴相中的马氏体转变、W 和 C 元素的固溶以及材料的力学性能的影响，并分析其相应的机理。1.实验材料和方法本文所用的实验材料是经过 1400-1430℃液相烧结的 WC-20Co 硬质合金，由湖南博云新材料有限公司提供。烧结态合金在Ar气氛保护的管式炉里（1050℃、1150℃、1250℃、1350℃）...