烧结是将粉末加热到一定温度一定时间,然后冷却材料以获得所需性能的产品。特殊热处理的整个过程称为烧结。
烧结使多孔粉末压坯成为具有一定质地和性能的产品。尽管产品的属性与烧结前的许多因素有关,但在许多情况下,烧结过程对最终产品的组织和性能有重大甚至主要的影响。
根据粉末冶金烧结的分类原理,硬质合金烧结属于多相液相烧结。从烧结过程的工艺特性的角度来看,硬质合金的烧结可以通过氢保护,真空烧结,热压烧结,热等静压等来进行。

什么是烧结和热压? 1个

烧结过程中烧结体的变化

烧结硬质合金压块后,最容易观察到的变化是压块的体积收缩,强度增加以及合金表面呈现金属光泽。通常,压块具有约50%的孔隙率,而制品通常应小于0.2%,其几乎是完全致密的。烧结前,压块也应轻拿轻放,以免在生产过程中损坏。烧结产品具有承受各种工作条件的强度。
与粉末成形工艺不同,烧结性能的变化表明,在烧结过程中粉末颗粒之间存在质的变化,即合金颗粒的结合取代了粉末颗粒之间的接触,从而使合金形成固体整体。从而形成优良的物理和机械性能。
烧结过程的几个阶段
硬质合金烧结过程可分为四个基本阶段。

1.去除形成剂和预燃阶段(<800°C)

在第一阶段,烧结箍的变化如下:
1)去除形成剂。在烧结的初始阶段,随着温度的升高,成形剂会逐渐破裂(例如橡胶)或蒸发(例如石蜡)并排除烧结体。同时,形成剂或多或少地将烧结体碳化。
2)粉末表面氧化物的还原。在氢气中烧结时,氢气可以还原钴和钨的氧化物。当真空烧结时,在该温度下碳还原不强烈。
3)粉末颗粒的状态彼此变化。在该温度下,逐渐消除了粉末颗粒之间的接触应力,结合的金属粉末开始恢复并重结晶,颗粒开始在表面上扩散,从而提高了压坯的强度。

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2.固相烧结阶段(800℃〜共晶温度)

共晶温度是指当温度逐渐升高时在烧结体中开始出现共晶液相的温度,并且对于WC-Co,平衡烧结时的共晶温度为1340%。
在液相出现之前的温度下,除了在前一阶段继续进行的过程外,烧结体中的某些固相反应增强,扩散速度增加,并且颗粒的塑性流动增强,因此烧结体显示出明显的收缩。

3.液相烧结阶段(共晶温度〜烧结温度)

当出现烧结体的液相时,烧结体的收缩迅速完成,并且碳化物晶粒生长并形成骨架,从而奠定了合金的基本结构。

4.冷却阶段(烧结温度〜室温)

在此阶段,合金的微观结构和结合相组成根据冷却条件而有所变化。冷却后,获得最终微观结构的合金。

关于热压

热压是同时进行压制和烧结的过程。除了通常使用的电阻加热和感应加热技术外,还有新的工艺和设备,例如真空热压,振动热压,均压热压,等静压。

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1.热压工艺的致密化机理

将最终添加剂的粉末置于石墨压模中以同时进行烧结和压制的过程称为热压。
尽管热压与压制和烧结这两个过程同时进行,但是与普通的冷压成形和烧结没有原理上的区别。从效果的角度来看,热压大大缩短了相变和形成合金的时间。因此,可以说热压过程是活化的烧结过程。比较了两种生产方法生产的合金的致密化过程。从合金密度-烧结时间曲线可以看出,烧结过程需要1-2小时才能完成,而热压只需3至10分钟。
热压过程中的烧结过程是高度不平衡的过程。当将混合物粉末在压力下连续加热时,粉末表面上的氧化膜在压力下破裂并且可以被碳还原。但是,与烧结过程不同,热压没有足够的时间来平衡WC在Co中的溶解度,并且在热压过程中不会发生通过液相的重结晶过程。因此,热压产品的收缩率不同于普通的烧结方法。
此外,一些研究表明,热压产品的收缩是由流动过程引起的。在液相出现之前,它主要依靠塑性流动。当出现液相时,碳化物颗粒在压力作用下的重新排列也称为液相流,从而使成形体收缩。由于热压时间短,因此难以进行扩散和再结晶。
除了促进烧结过程收缩的温度和压力外,保持时间还对热压产品的密度有影响。温度越高,眼力越大,在热压过程中随着时间的推移,压块的收缩越强烈,并且密度几乎完全停止变化所花费的时间越短。当达到一定的保持时间时,团块的密度将不再继续增加,延长保持时间将毫无意义。
另外,具有晶体缺陷的粉末可以实现更大的合金密度,因为缺陷的存在可以激活热压过程。

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2.热压工艺的特点

热压工艺为其产品提供了一系列独特的优势。因此,该方法在硬质合金的生产中起主要作用。这个过程的主要特点是。
热压产品密度高,性能好。热压产品的孔隙率极低,并且密度几乎达到理论值。同时,由于热压时间短,碳化物晶粒不会因重结晶过程而生长,因此产品碳比钨晶粒细,这使得热压产品具有更高的硬度和更好的耐磨性,尤其适用于制造精密工具,例如精密轧辊和高精度磨损零件。
b。压制压力小,可生产大批量产品。热压所需的单位压紧压力仅为冷压的十分之一。此外,可以通过焊接来扩大产品的尺寸,因此,热压产品的尺寸受到压机的能力的限制,以使其小于冷压。
目前,通过热压生产的硬质合金产品的重量可以达到几十公斤甚至几百公斤。
c。可以生产形状复杂的产品。由于热压,粉末材料具有热塑性和良好的流动性,因此它们可以制成具有复杂形状的成型产品,例如薄壁管和球形筒之类的产品。然而,对于长块,仍然存在密度不均匀的情况,并且焊接的长形部分通常不均匀地焊接。
d。它可以生产大尺寸和不变形的产品。热压法克服了冷压和烧结变形的缺点,可以得到没有弯曲的长块和尺寸相对准确的空心产品。然而,由于热压,钴从产品表面挤出,这不仅导致钴损失(1至3%),而且使热压产品的表面粗糙,这难以清洁和加工。
e。适用于单件生产。热压工具易于制造且生产周期短,因此它们特别适合迫切需要的单件或小批量生产。
f。低生产率和高成本。热压法一次只能生产一到几种产品。模具成本高,使用寿命短。因此,它不适合大规模生产。它通常用于生产冷烧结法。产品。
G。需要高操作技术。在热压过程中,温度和压力,温度上升和冷却速率以及收缩率的控制对产品性能和缺陷起决定性作用。因此,要求操作员具有高水平的技能。
值得注意的是,平衡热压和等静压热压的发展克服了热压工艺的一些缺点。

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