摘 要:为了确定某些矿用硬质合金的选用原则,分析了具有相同硬度、不同高钴和低钴含量硬 质合金的性能差异,制作了硬度约为89.5HRA 的 YG8T 低钴粗颗粒和 YG18T 高钴细颗粒硬质 合金。采用金相检验、力学性能测试等方法分析了两种合金的性能,对两种合金的断裂韧性和耐磨 性进行了检测,结果表明:相同硬度的低钴粗颗粒硬质合金的耐磨性更好,高钴细颗粒硬质合金具 有更好的抗折断能力。

关键词:硬质合金;低钴粗颗粒;高钴细颗粒;耐磨性;断裂韧性

中图分类号:TH87;TG115.5 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)06-0021-05

硬质合金是由高熔点的金属化合物和金属黏结 剂经粉末冶金方法制成的,具有硬度高、耐磨性好、 化学稳定性好、热稳定性好等特点,并且还具有一定 的韧性。硬质合金被广泛应用于切削工具、采矿设 备以及金属密封等领域[1]。通常要求硬质合金具有 承载能力好、耐磨性好、抗冲击能力强等特点[2]。低 钴粗颗粒和高钴细颗粒硬质合金具有高耐磨性与强 韧性[3]。孔德方等[4]在原料粉末粒度为0.8μm,钴 的质量分数为10%的碳化钨(WC)细晶硬质合金中 加入不同量的4μm~11μm 粒度的 WC粉末,考察 细晶硬质合金中粗晶粒的含量和粗晶尺寸对细晶硬 质合金性能的影响,发现细晶硬质合金中粗晶 WC 粒度小于10μm,粗晶体积分数小于0.29%,合金的 综合性能可达到未含粗晶 WC 合金的性能。郭圣 达等[5]对不同钴含量的粗晶硬质合金生产过程的各 个环节进行了研究,发现钴含量越低,合金硬度越 高;孔隙率越小,晶粒分布越均匀,合金强度和硬度 越高。闫明远[6]等在细颗粒 WC 中逐渐增加粗颗 粒 WC含量,以找到粗细颗粒搭配量对合金性能的 影响,发现对于钴的质量分数为7%的 WC 硬质合 金,当粗颗粒 WC 质量分数为50%时,合金的综合 力学性能最佳。在实际使用中,主要要求合金具有 高的抗折断能力和高的耐磨性。

笔者制作了两种硬度相同的低钴粗颗粒硬质合金和高钴细颗粒硬质合金,比较相同硬度下低钴粗 颗粒硬质合金和高钴细颗粒硬质合金的性能,并评 估其耐磨性和抗折断能力,采用金相检验、力学性能 试验等方法对这两种硬质合金的选用原则进行了 分析。

1 材料的配制

制作了含钴的质量分数分别为 8% 和 18% 的 WC硬质合金,分别命名为 YG8T 和 YG18T,硬度 为(1300±50)HV。

YG8T 中 WC 粉 (WC-1)的 费 氏 粒 度 为 2.8μm,YG18T 中 WC 粉 (WC-2)的 费 氏 粒 度 为1.6μm;两者采 用 的 钴 粉 费 氏 粒 度 均 为 1.11μm。 由于 YG18T 的粉料太细,需增加晶粒长大抑制剂 碳化钽(TaC),其费氏粒度为1.45μm。粉料的化 学成分如表1所示[7-9]。

采用小罐球磨筒进行配料,以钴为黏结剂、石腊 为成形剂,为了使 YG8T 和 YG18T 的硬度相同,需 将碳元素的质量分数控制为6.11%和6.08%,所以 YG18T 的配料中需加质量分数为0.4%的钨粉。每 罐加 0.27 L 酒 精,0.025kg 石 腊,0.17g 油 酸 (0.2mL),料球比为1∶1,装填系数为0.5,球磨时间 为48h,YG8T 和 YG18T 的混合配料成分如表 2 所示。

混合料经过滤、烘干、擦筛、制粒等工序形成可压 制料,在 DORST型双向压机上按制好的模具压制试 样,压力为150MPa~200MPa,制备10个横向断裂 强度试样用于检测横向断裂强度(抗弯强度),10个 冲击韧性试样用于检测冲击韧性,4个方形试块用于 金相检验以及硬度、密度、粒度等测试,6个磨损试样 用于检测材料的耐磨性。将压制好的料各配在两炉 中烧结,不同晶粒度的硬质合金不放在同一炉中。配 炉采 用 低 压 烧 结,烧 结 温 度 分 别 为 1480℃和 1410℃,加压压力为5MPa。

2 试验方法

将烧结出来的试样在 DY618S 型平面磨床和 120 # 金刚石砂 轮 上 进 行 粗 磨,再 用 消 磁 器 进 行 消 磁。将方 形 试 块 用 酒 精 进 行 清 洗、吹 干 后,采 用 BSA-224S-DS1型密度仪。按照 GB/T3850—2015 《致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法》的规定测试试样的密度;采用 YSK-IV 型矫顽磁力计,按 照 GB/T3848—2017 《硬质合金 矫顽(磁)力测定 方法》测试试样的矫顽力;采用 MCoMT-Ⅱ型钴磁 测量仪,按照 GB/T23369—2009《硬质合金磁饱和 (MS)测定的标准试验方法》测量试样中钴的含量。

将方形试样用 DK7735 型线 切 割 机 切 成 尺 寸 (长×宽×高)为20mm×20mm×15mm 的小方 块,在 CASTN Vac1000型真空镶嵌机上采用环氧 树脂对试样进行镶嵌;用 EcoMet300/AutoMet300 型金相抛磨机进行粗磨、精磨、研磨和抛光;用消磁 器进行消磁;将试样浸泡在乙醇中,在 SK8200HP 型超 声 波 清 洗 器 中 进 行 清 洗。 经 吹 干 后,按 照 GB/T3489—2015《硬质合金 孔隙度和非化合碳的 金相测定》的要求用 OLYMPUSBX51RF型光学显 微镜进行孔隙度和非化合碳的测定。采用体积分数 均为20%的铁氰化钾和氢氧化钾水溶液的混合溶 液作为腐蚀剂,对试样抛光面按时间长度进行