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本文采用正交试验的方法优化了YG20C硬质合金的SPS烧结工艺,研究了烧结温度、烧结时间和烧结压力等因素对合金组织和性能的影响;以M42和YG20C质量比为2∶1的混合粉末作为过渡层,利用SPS烧结技术制备了YG20C/Cr12MoV双金属复合材料,研究了烧结温度、升温速率以及烧结时间等工艺参数对复合材料连接性能的影响,探讨了其界面的形成及连接机理,结果表明:
1.随着烧结温度的升高,YG20C硬质合金的硬度和致密度逐渐增大,超过1070℃,合金因液相含量过高而溢出模具;随着烧结时间的延长,合金的致密度逐渐增大,硬度先逐渐增高,15min达到最大,之后逐渐减小;随着烧结压力的增加,合金的硬度和致密度逐渐升高,60Mp之后趋于平衡;YG20C粉末经1070℃×15min×60MP最佳工艺烧结后,其组织为WC晶粒弥散分布在Co基体上,致密度为99.4%,硬度为89.2HRA,比传统真空烧结提高了2-3HRA。
2.YG20C/Cr12MoV双金属复合材料由Cr12MoV、Cr12MoV晶粒异常长大区、过渡区1、过渡层、过渡区2和YG20C等六部分组成;产生Cr12MoV晶粒异常长大的主要原因是在烧结过程中过渡层粉末产生火花放电使Cr12MoV内侧温度局部短时升高。
3.随着烧结温度的升高,晶粒异常长大区的宽度逐渐增大,过渡层和YG20C的显微硬度逐渐升高,超过1030℃,过渡层因液相含量过高而容易流失;随着高温段(990℃-烧结温度)升温速率的降低,晶粒异常长大区的宽度逐渐减小,至5℃/min时完全消失;随着烧结时间的延长,过渡层和硬质合金的显微硬度均先逐渐增加,分别在10min和15min时达到最大,之后均逐渐减少。
4.以最佳工艺1030℃×12min×70MP(高温段的升温速率为5℃/min)烧结的复合材料,Cr12MoV内表面无晶粒异常长大;过渡层与Cr12MoV、YG20C两界面处元素发生了相互扩散,形成了良好的冶金结合;Cr12MoV一侧,从Cr12MoV的560HV逐渐增加到过渡层的620HV,之后在YG20C一侧呈梯度增加至YG20C的1200HV左右。
5.Cr12MoV/过渡层界面的形成过程主要有物理接触、接触表面的扩散和形成界面三个阶段;在过渡层与Cr12MoV、YG20C两界面处,Fe、Cr、W、C等元素的扩散机制为间隙扩散和空位扩散。