不同再生原料添加比例對WC-10%Co硬質(zhì)合金性能的影響

史順亮,吳 翔,江 慶

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司,四川自貢643011)

不同再生原料添加比例對WC-10%Co硬質(zhì)合金性能的影響

史順亮,吳 翔,江 慶

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司,四川自貢643011)

配制含有不同比例再生原料的WC-10%Co硬質(zhì)合金,研究了再生原料對WC-10%Co硬質(zhì)合金的顯微組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明在一定的配料比例下,該種加入再生原料的WC-10%Co硬質(zhì)合金可以具有良好的顯微組織和優(yōu)良的力學(xué)性能。

硬質(zhì)合金;再生原料;性能;粗顆粒

1 引言

因?yàn)榫哂杏捕雀?、耐磨性好等?yōu)秀的使用性能,硬質(zhì)合金在各種切削加工、礦山采掘等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域上都有大量的實(shí)際應(yīng)用。然而與硬質(zhì)合金產(chǎn)品龐大的使用量相對應(yīng)的是其原料的不可再生性及相對匱乏,因此硬質(zhì)合金行業(yè)業(yè)內(nèi)人士一直致力于硬質(zhì)合金的原料回收與再利用,將此視為解決硬質(zhì)合金原料的來源及降低生產(chǎn)成本的途徑之一[1]。在這一技術(shù)背景下,如何使用回收再生原料生產(chǎn)高性能硬質(zhì)合金值得我們深入研究。

目前的一些研究結(jié)果表明再生原料生產(chǎn)的硬質(zhì)合金性能可接近原生料合金的性能,但需要在合適的生產(chǎn)工藝下方可達(dá)到這一理想效果[2-3]。本文以添加了再生原料的WC-10%Co粗顆粒硬質(zhì)合金為研究對象,在不同原料配比下制備硬質(zhì)合金,通過對合金性能變化的研究來探索再生原料對硬質(zhì)合金性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原料

本實(shí)驗(yàn)使用的原生WC粉為自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司生產(chǎn)的WCD100,總碳為5.92%,游離碳為0.02%,Fsss粒度為12.5μm,所用Co粉為上海百洛達(dá)公司提供的正常Co粉(粒度-300目)以及自貢市某公司生產(chǎn)的電解再生WC粉及破碎再生原料(CP料)。表1為幾種再生原料的技術(shù)條件參數(shù)。

表1 幾種再生原料的技術(shù)條件

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

表2為試樣配料方案,制備兩組不同成分配比的原料,分別標(biāo)記為“1#、2#”,每組原料配料量為1kg,使用無水酒精作研磨介質(zhì),研磨時(shí)間為16h,研磨完畢后料漿經(jīng)真空干燥、摻橡膠、擦篩制粒得到摻膠粒料。原料壓制成尺寸為20mm×6.5mm×5.25mm的標(biāo)準(zhǔn)B型抗彎試樣及A118刀片試樣,試樣裝入石墨舟皿氫氣燒結(jié),填料調(diào)碳要求:0.18%～0.36%之間,試樣燒結(jié)溫度為1 450℃～1460℃,燒結(jié)時(shí)間為90min,舟皿推速為6.4 mm/min,得到試樣合金后送樣性能檢測。

表2 兩組試樣原料配料方案

2.3 檢測

試樣合金微觀結(jié)構(gòu)及孔隙度觀測使用德國DMI5000M型金相顯微鏡;試樣洛氏硬度檢測使用日本ARK-600型洛氏硬度計(jì);試樣矯頑磁力檢測使用用德國KOERZEMAT 1.096型磁力儀。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同再生原料添加比例對硬質(zhì)合金金相的影響

表3為兩組試樣合金的孔隙度、WC晶粒尺寸等金相性能檢測結(jié)果。從表3數(shù)據(jù)中可發(fā)現(xiàn)試樣1#與2#合金的WC晶粒尺寸相當(dāng),粘結(jié)相鈷層厚度一致,金相孔隙度接近,沒有出現(xiàn)顯微石墨。金相結(jié)果表明兩組試樣的狀態(tài)良好,達(dá)到了優(yōu)良硬質(zhì)合金的性能標(biāo)準(zhǔn)之一,即金相孔隙度低,沒有出現(xiàn)滲碳相。

進(jìn)一步對比分析,可發(fā)現(xiàn)試樣1#的金相性能更為優(yōu)秀,擁有更低的金相孔隙度(A02B00),沒有出現(xiàn)金相孔洞(2#合金金相出現(xiàn)兩個(gè)25μm-75μm的孔洞),各個(gè)方面均領(lǐng)先2#合金。分析原料配料方案,認(rèn)為破碎再生原料(CP料)的添加是造成該金相差異的可能原因之一。夏語堂總結(jié)的鎢資源回收技術(shù)中提到[2],機(jī)械破碎法回收硬質(zhì)合金的缺點(diǎn)是在回收破碎過程中會(huì)有工具的碎屑作為主要雜質(zhì)帶入回收原料中,這些雜質(zhì)會(huì)影響最終硬質(zhì)合金的質(zhì)量,這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到了體現(xiàn)。

圖1為兩組試樣合金的金相照片。可以看出1#合金中WC晶粒分布均勻,WC晶粒尺寸一致性好;2#合金則WC晶粒均勻性較差,合金中細(xì)晶粒WC數(shù)量較1#合金多。從前文的表1原料技術(shù)條件中可知破碎再生原料(CP料)的fsss粒度比電解再生WC的fsss粒度低一個(gè)等級,隨著2#試樣合金中破碎再生原料(CP料)的添加,必然給合金金相組織帶來一定的影響,最典型的特征表現(xiàn)就是2#試樣合金中觀察到的細(xì)晶粒WC的明顯增多,合金金相組織的不均勻化增大,這將會(huì)影響合金的物理性能例如抗彎強(qiáng)度。

表3 各編號試樣的金相結(jié)果

圖1 兩組試樣的金相照片

3.2 不同再生原料添加比例對硬質(zhì)合金物理性能的影響

表4為兩組試樣的成分分析對比。從表4中可以看出,兩組試樣原料成分配料準(zhǔn)確,沒有因?yàn)樘砑釉偕媳壤牟煌霈F(xiàn)原料成分的較大差異,同時(shí)很好的控制住了Fe、O兩項(xiàng)主要雜質(zhì)的含量,較低的雜質(zhì)含量是優(yōu)良硬質(zhì)合金性能的基礎(chǔ)之一。

表4 各編號試樣的成分分析(%)

表5為兩組合金試樣的物理性能檢測結(jié)果。從表5中可以看出,不同的再生原料添加方案會(huì)給硬質(zhì)合金的物理性能帶來一定的影響,1#合金抗彎強(qiáng)度明顯高于2#合金的抗彎強(qiáng)度,而1#合金的硬度及矯頑磁力低于2#合金,兩組合金的密度相差不大。

表5 各編號混合料的物理性能分析結(jié)果

李晉堯等[4]的研究同樣表明:影響WCCo硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度的缺陷中,孔隙形成斷裂源的幾率最大。前文提到的由于加入了一定比例的破碎再生原料(CP料),所以2#合金的金相孔隙度(主要是B類空隙)相對要差,這會(huì)導(dǎo)致合金抗彎強(qiáng)度值偏低;而且在前文3.1中提到1#合金的的WC晶粒均勻性優(yōu)于2#合金,兩個(gè)方面因素影響的最終結(jié)果是1#合金的抗彎強(qiáng)度明顯高于2#合金。

再分析兩組試樣合金的硬度變化,陳楚軒等[5-6]認(rèn)為硬質(zhì)合金的硬度主要與WC晶粒度的大小有關(guān),而合金孔隙不影響WC晶粒度的變化,WC晶粒越小則硬質(zhì)合金硬度越高。表5中密度檢測結(jié)果表明兩組試樣的密度值非常接近,其變化波動(dòng)差為0.02 g/cm3(14.41 g/cm3～14.43 g/cm3),考慮到測量誤差等因素,可以認(rèn)為再生原料添加比例對WC-10%Co合金的密度幾乎沒有影響。2#合金的矯頑磁力高于1#合金是因?yàn)殡S著破碎再生原料(CP料)的添加,試樣合金中的WC晶粒趨于細(xì)化,細(xì)晶粒WC不斷增多,造成Co相的分散不勻而導(dǎo)致合金矯頑磁力的變化。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)配制添加不同比例再生原料制備WC-10%Co硬質(zhì)合金,在相同溫度下進(jìn)行燒結(jié),得出如下結(jié)論:

(1)添加再生破碎原料(CP料)容易使粗顆粒的WC-10%Co硬質(zhì)合金合金組織出現(xiàn)較多細(xì)顆粒WC晶粒,導(dǎo)致合金出現(xiàn)不均勻的組織結(jié)構(gòu),最終影響合金的物理性能,試樣合金的抗彎強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)較為明顯的下降,但硬度與矯頑磁力出現(xiàn)一定增加。

(2)在本實(shí)驗(yàn)條件下,當(dāng)電解再生WC與原生WC的添加比例為4∶5時(shí)得到的硬質(zhì)合金試樣物理性能優(yōu)良,金相孔隙度低,WC晶粒均勻性好,甚至接近于正常原料生產(chǎn)的WC-10%Co硬質(zhì)合金的相關(guān)性能。

[1] 趙萬軍,楊海林,阮建明.再生料制備的硬質(zhì)合金組織與性能研究[J].硬質(zhì)合金,2008,25 (3):169-174.

[2] 夏語堂.鎢的二次資源及其開發(fā)前景[J].再生資源研究,2006,(1):11-17.

[3] 張興華,汪明樸.再生碳化鎢性能及應(yīng)用[J].硬質(zhì)合金,2008,25(1):59-62.

[4] 李晉堯,何平.WC-Co硬質(zhì)合金斷裂源的觀察與分析[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊.1995,3 (1):48.

[5] 陳楚軒.硬質(zhì)合金質(zhì)量控制原理[Z].自貢:中國鎢業(yè)協(xié)會(huì)硬質(zhì)合金分會(huì)(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司),2008.

[6] 王國棟.硬質(zhì)合金生產(chǎn)原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988.

Effect of Addition Ratio of Recovered Material on Properties of WC-10%Co Cemented Carbide

SHI Shun-liang,WU Xiang,JIANG Qing
(Zi Gong Cemented Carbide Corporation Limited,Zigong 643011,Sichuan,China)

Two group of WC-10%Co cemented carbides samples were prepared with different addition ratio of recovered material.After sintering,the properties and microstructure were tested and observed,inspectively.The effects of addition ratio of recovered material on microstructure and properties of the alloys were investigated.The results show that the addition ratio of recovered material is closely related to the microstructure and properties of WC-10%Co cemented carbides.Certain proportion of recovered material added,the WC-10%Co cemented carbides with good microstructure and excellent mechanical properties.

cemented carbide;recovered material;microstructure;properties;coarse particles

TG132.27

:A

1001-5108(2015)04-0014-04

史順亮,工程師,長期從事硬質(zhì)合金生產(chǎn)管理與研發(fā)工作。