用冷等靜壓檢測WC-Co合金收縮系數的探究

肖 科,吳 翔,廖 軍

(自貢硬質合金有限責任公司,四川自貢643000)

用冷等靜壓檢測WC-Co合金收縮系數的探究

肖 科,吳 翔,廖 軍

(自貢硬質合金有限責任公司,四川自貢643000)

探索了冷等靜壓處理WC-Co合金的壓制品尺寸與其燒結品相應尺寸之間的對應關系(下面簡稱合“金檢驗收縮比“)、影響它們之間對應關系的主要因素,進而探究用冷等靜壓檢測WC-Co合金收縮系數的可行性。試驗結果表明:在合金牌號、混合料松裝密度和冷等靜壓工藝相同的情況下,壓制品密度對合金檢驗收縮比沒有影響;在合金牌號、壓制品密度和冷等靜壓工藝相同的情況下,合金檢驗收縮比隨著其混合料松裝密度的增大而減小,但變化率僅0.5%左右;在冷等靜壓處理工藝相同的情況下,合金的檢驗收縮比隨著合金WC相晶粒度增大而減小。因此,可以通過冷等靜壓處理品的尺寸和合金檢驗收縮比,計算出燒結品尺寸,從而不用試燒即能確定合金收縮系數。

冷等靜壓;收縮系數;壓制品;WC-Co合金

1 引言

冷等靜壓成型技術是將待壓試樣置于高壓容器中,利用液體介質不可壓縮的性質和均勻傳遞壓力的性質,從各個方向對試樣進行均勻加壓。當液體介質通過壓力泵注入壓力容器時,根據流體力學原理,其壓強大小不變且均勻地傳遞到各個方向,此時高壓容器中的試樣在各個方向上受到壓力是均勻的和大小一致的[1-2]。

壓制生產中,壓模質量的另一個重要參數是收縮系數(即壓制品尺寸與燒結品相應尺寸的比),對產品尺寸精度影響很大。由于壓制品各個部位和各個方向的密度不一致,燒結時密度大的部位收縮小,密度小的部位收縮大,因此,在大批生產前必須通過試壓試燒,確定壓制品各個部位和方向上的收縮系數[3]。利用冷等靜壓處理的壓制品密度均勻一致且密度較高[4]以及壓力達到一定程度后粉末顆粒間的空隙逐漸減少的特點[5],來檢測壓制品各個部位和各個方向上的收縮系數,找出合金檢驗收縮比。只要摸清了檢驗收縮比,就可以計算出燒結品尺寸,從而得到合金的收縮系數,進而實現合金壓制品經冷等靜壓處理而得其各個部位和方向上的收縮系數。通過下面實驗來探究檢驗收縮比與合金壓制品密度、混合料松裝密度、硬質相晶粒度的關系。

2 實驗

2.1 混合料

選擇A、B牌號硬質合金作為實驗對象。通常按硬質相晶粒度把WC-Co合金分為粗晶粒合金(WC相大于2.0μm)、中晶粒合金(大于或等于1.2且小于2.0μm)、細晶粒合金(大于或等于0.8且小于1.2μm)[6]。A牌號特性是:WC-6%Co、WC相平均晶粒度1.0μm、密度14.83g/cm3～15.03g/cm3。B牌號特性是:WC-8%Co、WC相平均晶粒度1.2μm～1.6μm、密度14.62g/cm3～14.82g/cm3。A、B牌號硬質合金的混合料均是自貢硬質合金有限責任公司,采用滾動球磨、噴霧干燥工藝生產的,成型劑是石蠟。A、B牌號硬質合金混合料的松裝密度均選用3.0g/cm3、3.2g/cm3、3.4g/cm3的。

2.2 試樣壓制

選用內型腔直徑為80mm的棒材模具,用同一個限止器控制壓坯高度,用精度為0.1 g的電子秤稱量單重,手工在懸臂單柱液壓機上壓制。壓制滿足表1要求的壓制品各4件。

表1 試樣技術要求

2.3 冷等靜壓處理

取1#～12#編號的壓制品各2件,用安全套包裹密封后,置于冷等靜壓機內,按固定程序升壓至100Mpa,保壓2min～3min,取出壓制品,用帶表卡尺(精度為0.01mm)測量壓制品尺寸。

2.4 燒結

將剩下的未經冷等靜壓處理的壓制按牌號分類裝在一個舟皿上,并在同爐次燒結,先在H2載氣爐燒結至1 320℃、保溫30min,再在低壓爐燒結至1 405℃、保溫90min。

2.5 檢測方法

試樣的全部尺寸采用帶表卡尺檢測(精度為0.01mm);合金性能滿足合金牌號設計要求。

3 結果與討論

3.1 壓制品密度對A、B牌號合金檢驗收縮比大小的影響

合金檢驗收縮比計算公式:檢驗收縮比等于經冷等靜壓處理的壓制品尺寸除以同編號燒結品相應尺寸。從表2實驗結果看,1#與4#壓制品混合料松裝密度及牌號相同,單重不同(即壓制品密度不同),但其檢驗收縮比一樣;2#與5#壓制品混合料松裝密度及牌號相同,單重不同,但其檢驗收縮比相近;3#與6#壓制品混合料松裝密度及牌號相同,單重不同,但其檢驗收縮比相近。因此,壓制品密度對A牌號合金的檢驗收縮比大小無影響。從表3實驗結果看,7#與10#壓制品混合料松裝密度、牌號相同,單重不同,但其檢驗收縮比相等;8#與11#壓制品混合料松裝密度、牌號相同,單重不同,但其檢驗收縮比相等;9#與12#壓制品混合料松裝密度、牌號相同,單重不同,但其檢驗收縮比相近。因此,壓制品密度對B牌號合金的檢驗收縮比大小無影響。因為冷等靜壓壓力一樣的情況下,密度大的壓制品收縮小、密度小的壓制品收縮大,壓制品在燒結時亦然,即壓制品經冷等靜壓處理后尺寸與其經過燒結后相應尺寸同步變小,所以壓制品密度對A、B牌號合金的檢驗收縮比沒有影響。

表2 A牌號WC-Co合金檢驗收縮比

表3 B牌號WC-Co合金檢驗收縮比

3.2 混合料松裝密度對A、B牌號合金的檢驗收縮比的影響

從表2實驗結果看,單重相同的A牌號的1#、2#、3#合金檢驗收縮比隨著混合松裝密度的增大而減小;單重相同的A牌號的4#、5#、6#合金檢驗收縮比隨著混合松裝密度的增大而減小,但變化率很小,混合料松裝密度每增大0.2g/cm3,合金檢驗收縮比減小0.001。

從表3實驗結果看,單重相同的B牌號的7#、8#、9#合金檢驗收縮比隨著混合松裝密度的增大而減小;單重相同的B牌號的10#、11#、12#合金檢驗收縮比隨著混合松裝密度的增大而減小,但變化率很小,混合料松裝密度每增大0.2g/cm3,合金檢驗收縮比減小0.001。

較大混合料松裝密度的壓制品內空隙較大,用同樣的冷等靜壓壓力處理后,其收縮會較大些,處理后的壓制品尺寸較小,但其在燒結后的尺寸與其混合料松裝密度無關,只與壓制品密度有關。因此,出現上述A、B牌號合金檢驗收縮比隨著混合松裝密度的增大而減小,但變化率很小。

3.3 合金WC相晶粒度對其檢驗收縮比的影響

由表2、3實驗結果可知,A牌號合金單重、松裝密度在一定范圍內,其檢驗收縮比都在1.207～1.21之間波動;B牌號合金單重、松裝密度在一定范圍內,其檢驗收縮比都在1.203～1.205之間波動;A牌號合金WC相晶粒度0.6μm～1.0μm、B牌號合金WC相晶粒度1.0μm～1.6μm。由此可推斷,WC相晶粒度小的合金的檢驗收縮比平均值比WC相晶粒度大的合金大。

4 結論

(1)在合金牌號、混合料松裝密度和冷等靜壓工藝相同的前提下,密度差的壓制品經冷等靜壓處理后尺寸減幅較大,其燒結品尺寸亦然,所以,壓制品密度對WC-Co合金的檢驗收縮比沒有影響。

(2)在合金牌號、密度和冷等靜壓工藝相同的前提下,WC-Co合金檢驗收縮比隨著其混合料松裝密度的增大而減小,但變化率很小,在產品尺寸精度要求不高的情況下,可以忽略。

(3)在冷等靜壓處理工藝相同的前提下, WC-Co合金的檢驗收縮比隨著合金WC相晶粒度增大而減小。

綜上所述,可以通過積累不同牌號合金的檢驗收縮比,將壓制品經冷等靜壓處理后,測量其尺寸,然后根據各牌號合金檢驗收縮比,計算出燒結品尺寸,從而不用試燒即能確定壓制品收縮系數。

[1] 朱志斌.田雪冬.等靜壓技術的應用與發展[J].現代技術陶瓷,2010(1).

[2] 李鄂民.液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業出版社,2001.6.

[3] 陳楚軒.硬質合金質量控制原理[Z].自貢:中國鎢業協會硬質合金分會 自貢硬質合金有限責任公司,2008.209.

[4] 江崇經.冷等靜壓技術的應用[J].西安:電瓷避雷器,1994.4.

[5] 江崇經.濕袋法冷等靜壓成型工藝[J].西安:電瓷避雷器,1995.3.

[6] 周盛安.硬質合金制造工藝學[Z].自貢:自貢硬質合金有限責任公司,2005.147.

By Exploring Cold Isostatic Pressure Detection of WC-Co Alloy Contraction Coefficient

XIAO Ke,WU Xiang,LIAO Jun
(Zigong cemented carbide Co.,Ltd.,Zigong 643000,Sichuan China)

To explore the relationship between cold isostatic pressing of WC-Co alloy compacts sintered product dimension and the corresponding size(the following referred to as alloy test contraction ratio),And the main factors affecting the relationship between them,The feasibility of using cold isostatic pressing and explore the detection of WC-Co alloycontraction coefficient.The test results show that the:In the alloy,mixture loose loading density and cold isostatic pressing process under the same,Pressure products density shrinkage ratio has no effect on the alloy test; In the alloy,pressure product density and cold isostatic pressing process under the condition of the same,Alloy contraction ratio with inspection of the mixture increased bulk density decreases, But the change rate of only about 0.5%;In the case of cold isostatic pressing process under the same,Alloy contraction ratio with the inspection of alloy WC phase grain size decreases;Therefore,by cold isostatic pressing size and alloy test processing products of contraction ratio,calcu-late the sintering product dimensions,so don't try to burn that is able to determine the alloycontraction coefficient.

cold isostatic pressing;the contraction coefficient;pressure products;WC-Co alloy

TF135

:A

1001-5108(2015)04-0067-04

肖科,助理工程師,主要從事粉末冶金壓制成型技術工作。