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硬質(zhì)合金基于滲碳的制備方法與鋼鐵工藝有點(diǎn)接近。但是最大的區(qū)別是要先制備含缺陷相的先驅(qū)體。具體工藝如下圖梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金制備工藝流程圖所示。首先將WC-Co硬質(zhì)合金原料粉末的碳含量低于化學(xué)計(jì)量為0.2%~0.5%(例如添加W粉),在900°C左右的氫氣氣氛中脫蠟1小時(shí)左右并預(yù)燒,然后將脫蠟后的硬質(zhì)合金球齒放入低壓處理爐中進(jìn)燒結(jié)以便使合金盡可能接近完全致密。燒結(jié)溫度約在合金的液相線附近,燒結(jié)時(shí)間一般為1.5~2.5小時(shí)。
由于合金的碳含量低于其化學(xué)計(jì)量的碳含量,因此,燒結(jié)時(shí)會(huì)在合金的內(nèi)部形成脫碳的η相,這種脫碳相的形貌和含量對(duì)獲取高性能的梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金是非常關(guān)鍵的,因而需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制。
將含有脫碳相的合金在含碳?xì)夥者M(jìn)行處理,處理溫度在液相燒結(jié)溫度以上,處理時(shí)間視工藝不同各有不同,一般為60~180分鐘。最后形成Co相呈梯度變化的硬質(zhì)合金。采用這種方法制備的梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的主要特點(diǎn)是:所制備的硬質(zhì)合金其表面和中間層為WC+γ兩相正常組織,合金的心部為WC+γ+η的三相組織,中間存在連續(xù)的過(guò)渡層,其Co相含量高于合金的名義鈷含量。
氣氛滲碳法的基本原理是:含η相的硬質(zhì)合金在高溫滲碳時(shí),由于碳與鎢的親和力高于鈷的親和力,因而碳與η相中的鎢化合而使η相分解生成WC,C原子與η相發(fā)生如下反應(yīng)
6Co+WC+5W=Co6W6C
3Co+WC+2W=Co3W3C
2Co+WC+4W=Co2W4C
在滲碳處理階段,C原子與燒結(jié)體表面的η相反應(yīng)分解出WC和Co。因而,首先在合金的表面形成WC+γ的兩相區(qū)。在隨后的過(guò)程中,Co相向合金的中心遷移,從而在合金的中間層形成高富鈷區(qū)。
Co6W6C+5C=6Co+6WC
Co3W3C+2C=3Co+3WC
Co2W4C+3C=2Co+4WC
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