所谓的粉末冶金法是将要制造的合金的原料制成粉末,然后将这些粉末以适当的量混合,然后加压固化成一定的形状。将这些粉末块置于还原性气氛(例如氢气)中,加热并烧结以形成合金。这是一种冶金方法,与以前的铸造方法完全不同。
此处所指的烧结可以简单地定义为通过加压和加热的作用促进金属晶粒的团聚。我们对具有合金成分的粉末施加一定量的压力以将其压实。在高温下,紧密接触的粉末彼此粘着并逐渐填充空隙以形成高密度合金。此时的加热温度是合金成分中的低熔点成分的熔融温度。因此,在低于整个粉末组分的熔点的温度下烧结合金锭。该方法类似于将熔炼和铸造这两个过程结合在一起的方法,并且其性能接近于铸造合金的性能。但是从金相学的角度来看,它应该是合金铸件的一个分支。
通过这种粉末冶金方法制造硬质合金。通常,将诸如钨,碳,钴,钛和铈的粉末用于批量混合,然后压制并烧结以形成合金。因此,该冶金过程的产物也称为烧结硬质合金或硬质合金。近年来,粉末冶金方法发展非常迅速。硬质合金,含油合金,电触点,金属结合的金刚石砂轮和特殊的装饰金属产品均采用这种粉末冶金方法制造。
例如,现在将长度为30 mm的压制半成品加热到1000-1400°C。压制产品在大约30°C下大约5分钟的体积变化如图2-2所示。收缩通常始于1150°C。对于6% Co,收缩非常规律地进行,大约在1320°C结束。对于10% Co,在1180-1200°C,收缩会暂时中断。随着温度继续升高,收缩迅速进行,并且当温度达到1300°C时,趋于平衡。

此后,由于颗粒的接触点数和接触面积显着增加,所以每个颗粒处于容易释放其自身保持的过量能量(自由能)的状态。因此,从大约200°C开始,钴开始扩散,这时烧结的第一阶段开始。当温度再次升高时,β-Co在约490°C时转化为γ-Co。在600°C时,碳开始扩散到钴中,并成为一种固溶体。碳化钨颗粒越细,或涂覆钴的碳化钨越好,这种扩散现象就会越快地发生。这种扩散与向压块施加强大的压缩压力具有相同的效果。但是,在升温期间,在该温度下几乎没有观察到液相。
但是,在该温度附近,弯曲强度显着提高。通常,在约1400°C的温度下烧结6%钴的硬度合金。在此温度下,WC逐渐溶解到液相中,特别是细小的WC迅速溶解,并且大的WC由于其尖锐的表面能而大。角落部分。溶解后为圆形。结果,液相部分变得越来越多,并且随着反应朝着自由能减少的方向进行,合金收缩并且孔逐渐减少。另一方面,在碳化钨颗粒彼此接触的部分中,继续发生体积扩散现象,特别是表面扩散现象。碳化物颗粒也可能会彼此结合。此外,WC也可能在碳化钨彼此接触的部分处从液相局部沉淀。结果,各种原因促使碳化钨晶粒的生长,导致致密排列。然而,温度进一步升高,并且当温度超过1600℃时,在产品内部产生气体,导致晶体排列的膨胀。据说该气体是由于存在诸如SiO 2的杂质而产生的。相反,如果温度降低,则溶解在液相中的WC颗粒沉淀在具有较小表面能的WC颗粒上。即使在液相消失成固态后,碳化钨也继续分离,直到仅剩下1%。

在烧结过程中,以熔体形式存在于钴中的碳化钨移动一小段距离并结合到未溶解的碳化钨上,从而不会形成诸如铸造合金之类的不均匀结构。含有大量珠光体的钢会因α铁碳熔体的沉淀而老化和硬化。相反,在烧结过程中,WC颗粒起到有效的成核作用,因此没有时效硬化现象,因此结构均匀且非常稳定,对热处理不敏感,即使在较高的温度下硬度也不会改变。温度。图2-3显示了工具钢,高速钢,铸造合金,司太立合金(Co-Cr-W)和WC + Co硬质合金的高温硬度。

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