如何優(yōu)化粉末冶金工藝參數(shù)以獲得比較好的硬質(zhì)合金刀具原始組織結(jié)構(gòu)

來源：發(fā)布時間：2024-10-24

1. **粉末制備階段**

- **粉末粒度控制**

- **原理**：粉末粒度影響燒結(jié)后的晶粒大小。較細的粉末粒度有助于獲得細晶粒結(jié)構(gòu)，從而提高刀具的硬度和耐磨性。因為細晶粒結(jié)構(gòu)能提供更多的晶界，這些晶界可以阻礙位錯運動，增強材料的強度。

- **優(yōu)化方法**：采用先進的制粉技術(shù)，如噴霧干燥法或化學沉淀法來制備粒度均勻且細小的粉末。例如，在制備WC粉末時，通過優(yōu)化噴霧干燥的參數(shù)，如調(diào)整溶液濃度、噴霧速度和干燥溫度等，可以得到平均粒度在0.5 - 1μm的WC粉末。同時，對制備后的粉末進行分級處理，去除粒度不符合要求的顆粒，以確保粉末粒度的一致性。

- **粉末純度提升**

- **原理**：高純度的粉末可以減少雜質(zhì)對刀具組織結(jié)構(gòu)和性能的不良影響。雜質(zhì)可能會在燒結(jié)過程中形成脆性相或影響粉末之間的結(jié)合，降低刀具的質(zhì)量。

- **優(yōu)化方法**：在原材料選擇上，選用高純度的金屬鹽或化合物作為原料。例如，在制備WC粉末時，使用純度高于99.9%的鎢礦石和碳源。并且在粉末制備過程中，增加凈化步驟，如采用酸洗或高溫煅燒等方法去除粉末中的雜質(zhì)。例如，通過酸洗可以去除粉末表面的氧化物等雜質(zhì)，提高粉末的純度。

2. **混合階段**

- **均勻混合技術(shù)**

- **原理**：均勻混合硬質(zhì)相和粘結(jié)相粉末對于形成良好的組織結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。如果混合不均勻，燒結(jié)后會出現(xiàn)成分偏析，導(dǎo)致刀具性能不一致。

- **優(yōu)化方法**：采用機械合金化或高能球磨等方法。機械合金化可以使粉末在高能球磨過程中發(fā)生固態(tài)反應(yīng)，促進不同粉末之間的均勻混合和合金化。例如，在WC - Co硬質(zhì)合金刀具的制備中，使用高能球磨機，控制球磨速度為300 - 500rpm，球磨時間為10 - 20小時，可以使WC和Co粉末充分混合，形成均勻的復(fù)合粉末。同時，添加適量的過程控制劑，如硬脂酸等，來防止粉末團聚，進一步提高混合效果。

3. **壓制階段**

- **壓制壓力調(diào)整**

- **原理**：壓制壓力決定粉末壓坯的密度和孔隙率。適當提高壓制壓力可以增加入粉末的堆積密度，減少孔隙，從而在燒結(jié)后獲得更致密的組織結(jié)構(gòu)。

- **優(yōu)化方法**：根據(jù)刀具的形狀、尺寸和粉末特性來確定合適的壓制壓力。對于小型且形狀簡單的刀具，壓制壓力可以控制在150 - 250MPa；對于大型或形狀復(fù)雜的刀具，由于粉末在模具內(nèi)的流動阻力較大，壓制壓力可適當提高到300 - 400MPa。同時，在壓制過程中，可以采用分步壓制或雙向壓制等方式，改善粉末的填充效果，進一步降低孔隙率。

4. **燒結(jié)階段**

- **燒結(jié)溫度和時間控制**

- **原理**：燒結(jié)溫度和時間影響粉末顆粒之間的擴散、溶解和再結(jié)晶過程。合適的燒結(jié)溫度和時間能使硬質(zhì)相和粘結(jié)相充分融合，形成均勻的組織結(jié)構(gòu)。如果溫度過高或時間過長，晶粒會長大，導(dǎo)致刀具硬度下降；溫度過低或時間過短，則會使粉末之間結(jié)合不充分。

- **優(yōu)化方法**：對于WC - Co硬質(zhì)合金刀具，燒結(jié)溫度一般控制在1400 - 1450℃，燒結(jié)時間為30 - 60分鐘。在燒結(jié)過程中，可以采用真空燒結(jié)或氣氛保護燒結(jié)等方式，避免粉末在高溫下氧化。例如，真空燒結(jié)可以有效排除燒結(jié)過程中的氣體雜質(zhì)，促進粉末之間的原子擴散，有利于獲得高質(zhì)量的組織結(jié)構(gòu)。同時，利用熱分析技術(shù)，如差熱分析（DTA）和熱重分析（TGA），來監(jiān)測燒結(jié)過程中的熱變化，從而精確調(diào)整燒結(jié)溫度和時間。