稀有金属材料与工程1991年第2期钢结硬质合金中的硬质相吴强肖建中崔昆胡镇华(华中理工大学)摘要钢结硬质合金由硬质相和合金钥基体相构成,其所含硬质相的性质影响着钢结硬质合金的性质。本文讨论了硬质相的性质、硬质相同钢基体的相互作用以及硬质相数量的变化对合金性能的影响。这些硬质相包括WC,Tic,WC一Tic,M。荞,TaC,N父,TIB:等,其中以TIC,wC作硬质相的钢结硬质合金已有许多牌号。而Ti(C,N)钢结硬质合金还在研究之中,国外已有这方面的报道。除WC,TIC以外的其它硬质相在硬质合金中表现出不同的性质,但这是否适合于钢结硬质合金还有待于进一步研究。关健词:钢结硬质合金硬质相一、目U舀钢结硬质合金(以下称钢结合金)是一种介于硬质合金和工具钢之间的一种硬质材料,具有可加工、可热处理、可锻造、高硬度、高耐磨性等优良性能〔’〕,其应用范围十分广泛。钢结合金包括硬质相和钢基粘结相。硬质相的组成、特性和含量对整个钢结硬质合金的组织、性能有着根本的影响。因此,研究和讨论钢结合金中的硬质相具有理论和实际意义。目前,钢结合金一般常采用TIC和WC为硬质相。除此外,可作硬质相的还有TaC,VC,Cr3CZ,ZrC,MoZC,NbC,Ti(C,N),(Ti,Mo)(C,N),TIN,T瓦N,NbN,TIBZ及复合硬质相。以下我们就从金属学、粉末冶金学二个角度就硬质相的特性、硬质相同基体的关系、硬质相对性能的影响几个方面对几种硬质相进行讨论。碳化钦是过渡金属碳化物中的一种具有面心立方点阵的间隙相,其特点是硬度高(Hmv”31360MPa)、熔点高(3150℃)、密度低(4.929/cm3)、具有很高的热稳定性以及烧结过程中晶粒长大趋势小(2)。文献(3〕指出,TIC是一种缺位固溶体,它的碳含量可由Tio.75CO.25变化到Ti0.5C0.5。文献(4〕报道了含碳量变化对固溶体的物理和化学性能的影响规律。由缺碳的碳化钦制取的合金的金相组织中残存铁素体,合金的硬度、抗弯强度均随着碳化钦缺碳程度的提高而降低,因此,为了制得优质的钢结合金,最好采用接近化学计量的碳化钦。从粉末冶金的观点来看,TIC作硬质相的钢结合金性能好坏在很大程度上取决于液相对TIC的润湿角,根据文献(5〕知液相Fe在巧0℃真空下对TIC的润湿角为41。,而1490℃真空下对WC的润湿角为O“,这可能是为什么我们常采用WC作硬质相的一个主要原因。TIC在合金中并非惰性相,在烧结过程二、碳化钦硬质相2期钢结硬质合金中的硬质相中它本身也会发生某些变化,TIC在高温下会分解而使化合态碳含量达到稳定值(17%)¾。在烧结和冷却过程中,碳化钦还与基体发生相互作用,主要表现在溶解、析出和相互扩散。据文献〔7〕,在GT35合金(T祀+Cr,Mo合金钢)组织中,TIC粒子多呈边缘整齐的圆形,但在电子显微镜下观察,即使在锻造后边缘也不整齐,而形成许多小凸起,这些小凸起同TIC粒子之间无界面,凸起是以TIC粒子为核心生长起来的TIC晶体,这些凸起以爪状伸入粘结相墓体中无疑有助于提高硬质相与粘结相基体的粘结强度。此外,GT35中硬质相TIC在退火态同基体配合良好,TIC颗粒形状光滑,无明显刃角,晶体也是完整的,除了少量的低密度位错外,未发现其它缺陷〔8〕。TIC的百分含量对钢结合金的性能具有决定性的影响,随着TIC含量的增加,合金淬火硬度、退火硬度增加,韧性和抗弯强度降低;但是合金的抗磨能力并不是随TIC体积分数的增加而始终增加〔9),在以Fo-Cu一C为基的TIC复合材料中,30Vol%的TIC添加使抗磨性能增加25%而达到最大值,同时,在基体成分一定的条件下,以WC一6C。为硬质相的复合材料的耐磨性能高于以TIC为硬质相的材料,其原因除了WC一6C。同TIC硬度不同之外,主要是WC一C。颗粒同基体粘结性更好。三、碳化钨硬质相WC是简单六方点阵的过渡族金属碳化物间隙相,其硬度较高(万山,=18326MPa),次于TIC,熔点为2720℃,密度为巧.79/c耐,与钢基具有良好的润湿性。据文献〔10)报道,在1250℃,WC在纯Fe中的溶解度达7%,而T记在纯Fe中的溶解度仅为0.5%左右,故WC在烧结过程中溶解于基体,提高了基体的W和C的含量,在冷却过程中析出二次WC并与硬质相连接,使金相组织中出现所谓“桥接现象”,而对钢结合金性能不利。资料·〔11〕报道,在高温加热过程中,WC与基体相互扩散,结果产生明显的溶解梯度,在基体与WC二相间存在这种成分过渡地带有利...
