硬质合金的真空烧结

硬质合金的真空烧结


真空熔炼在高纯和优质金属材料的制取方面孕婴较多,但真空烧结在粉末冶金中运用的时间不长,主要是用于活性金属和难熔金属BeTiZrTaNb等,含钛硬质合金,磁性合金和不锈钢等的烧结。30年代硬质合金就渐渐应用真空烧结,近三十年来就取得了较大的进展。

真空烧结的优点在于:

a)减少环境中的有害气体对产品的污染,例如:电解起氢的含水量要降至零下40℃露点***为艰难,而取得这样的真空度则并不难;

b)真空是***理想的惰性气体,当不宜用其他复原性和惰性气体时,或者对容易呈现出脱碳、渗碳的材质均可采用真空烧结;

c)真空可改善液相烧结的润湿性表1.3,有利于收缩和改善硬质合金组织;

d)真空有助于SiAlMg等杂质或其氧化物的去除,起到提纯材料的作用;

e)真空有利于减少吸附气体(孔隙中残留气体以及反响气体产物),对促进烧结后期的收缩作用明显。

从经济上看,真空烧结设备虽然投资较大、单炉产量低的,但电能耗费较低,因此维持真空的耗费远远低于制备环境的成本。真空下的液相烧结,粘结金属的挥发损失也是个重要问题,它不只改动和影响合金的***终成分和组织,而且对烧结过程自身也起阻碍作用。

下表为液体金属对某些化合物的潮湿性:

固体外表 液态金属 温度℃ 氛围 潮湿角 °

WC Fe 1550 H2 49

Fe 1550 Hb 36

Fe 1550 真空 41

Cu 1100~1300 真空 108~70

Cu 1100 Ar 30~20

Co 1500 H2 0

Co 1420 -- ~0

Ni 1500 真空 ~0

Ni 1380 -- ~0

粘结金属在液态时的挥发速度与金属的真气压和真空度有关,而金属真气压又与温度有关:

lgp-L/RTC

式中:p-金属真气压;

L-液态金属的挥发潜热;

C-常数。

当然,粘结金属的挥发损失还与温度时间相关。经计算,钴的蒸气压在14000℃时约130Pa。为了减少钴的损失,硬质合金不能在太高的真空度中烧结。一般维持炉内剩余压力为几千Pa。即便这样,在14000C14500℃的高温中烧结,钴的损失仍不可防止,因此需在压制混料中配入过量的(0.5%)的钴粉。在更高的温度下烧结T15合金,控制炉内剩余压力不低于1300Pa时,钴不致于明显挥发。例如在13Pa1550C烧结T15合金1h,合金钴含量由6%降到4%,而在130Pa下,只降到5%。

真空烧结时粘结金属的挥发损失,主要在烧结后期即保温时间阶段,因而在可能条件下,应缩短烧结时间或在烧结后期关闭真空系统,使炉内压力恰当上升或充入惰性气体或氢气进步炉压。

表 脱蜡预烧和烧结过程的碳变化

氛围 反应式 反应厨师温度0 反应完毕温度0 碳变化 决议要素

真空Me+C→Me+CO 300~400 1250 减碳 压坯含氧量

2CO→C+CO2 1250 1250 增碳 真空度

脱碳主要发作在升温阶段,这时炉内残留的空气、吸附的含氧气体(二氧化碳)以及粉末内的氧化杂质及水分等与碳化物中的化合物或材料中的游离碳发作反应,生成的一氧化碳浓度随炉压明显升高,合金的总碳减少。因而真空烧结含碳材料具有复原作用,但也形成合金脱碳。显然,碳含量的变化取决于原料粉末中的氧含量以及烧结时的真空度,两者愈高时,生成一氧化碳的反应也愈容易停止,脱碳也愈严重。

所以依据材料的含氧量,要控制混合料中的碳含量比在氢气烧结时更高。例如,WC-Co合金,当炉内在1365Pa时,原料中的碳配比应增加0.2%~0.3%,另外,经过调理泵速(抽气量),控制真空度不太高亦能够减少脱碳。真空烧结采用石磨粒填料维护时,硬质合金仍有脱碳现象,由于脱碳只需发作在低温(<10000C,这时湿磨粒缺乏以生成更多的一氧化碳。

真空烧结与气体维护烧结的工艺没有基本区别,只是烧结温度更低一些,一般情况可降低1000℃~1500℃,这对炉子寿命、降低电能耗费和减少晶粒长大均有利的。过去以为真空烧结不经济的想法在改动,由于真空炉设计得构造简单、操作连续、而且由于没有庞大的造气设备而易于被人们采用。