Al对WC-Fe/Co/Ni组织和性能的影响

D0I:10.13374/i.issnl001-053x.1991.s2.008 北京科技大学学报 第13卷第5(1)期 Vol.13No.5(I) 1991年g月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sept,1991 Al对WC-~Fe/Co/Ni组织和性能的影响 杨金辉· 摘要：研究了合金元素Al对WC,Fc/Co/Ni硬质合金组织和性能的影响.在WC-Fef C0/Ni合金中面人A1能够提高合金的抗弯强度。在加入量为0.8%时，该合金的抗弯强度 提高了10%。在此基础上对机理进行了探讨。 关键词：硬质合金，添加剂A1,抗弯度 The Influence of Al on the Structure and Properties of WC-Fe/Co/Ni Hard Alloy Yang Jinhui ABSTRACT:The influence of Al on the structure and properties of WC-Fe/ Co/Ni hard alloy was investigated,TRS of the hard alloy can be improved by adding Al agent in the alloy.The TRS of the hard alloy was increased 10%by adding 0.8%Al in alloy. KEY WORDS:TRS,hard alloy,:Al WC-Fe/Co/Ni硬质合金是一种低钴硬责合金，能节约贵重金属钴，而且合金性能优 良，并具有明显的经济价值。为了进一步提高该合金的性能，本文在合金中加入微量的A1, 并着重研究A不同加人量对合金性能的影响。 1实验过程 (1)原材料 1991一06一13收稿 ◆矿业研究所(Institute of Mining and Mineral Eagincering) 2

如 3 卷第5( )l 期 北 京 科 技 大 学 华 报 1 , , ,革、 力 · J 。 。 r o a l o f U n i v e r s i t ; o f S e i 。 。 e e a n d T e e h n o l o盯 B e s j i n 恋 s e护t ` , , 5 1 , lA 对 W C 一 F e / C 。 /iN 组织和 性能的影响 杨 金 一 辉 . 摘 要 : 研究了合金元素 lA对 w o F。 / c 。 / iN 硬质合金组嫉和性能的 影响 。 在喻 c 一 , 。 广 C o/ R i合金中加人 A I能够提高合金的抗弯锹度 。 在加人量为。 . , % 时 , 孩合金的杭 弯 强 度 提高 了l 。% 。 在 此基础上 对机理进行了 探讨 。 关键词 : 硬 质合金 , 添加荆 1A , 抗香会度 T h e I n f l u e n e e o f A I o n t h e S t r u e t u r e a n d P r o P e r t i e s o f W C一 F e / C o .N/ 1 H a r d A l l o y Y a 称 夕 ’J o h “ f . A B ST RA C T : T h e i n f l u e n e e o f A I o n t h e s t r u e t u r e a n d p r o p e r t i e s o f C o / N i h a r d a l l 。 y w a s i n , e s t i g a t e d . 士R s o f t h e h a r d a l l o y c a , b e b y a d d s n g A I a g e n t i n t h e a l l。 了 . ’ 牛h e T R S o f t五e h a r d a l l o y w a s 1 0 % b y a d d i n g o 。 8 % A I i o a 诬l o y . K E v W O Ro S : T R s , h a r d o zl o y , ) A - W C 一 F e / i m P r b v e d i n e r 云熟 s e d w C 一 eF c/ 。 / iN 硬 质 合金是一 种低钻硬 质合 金 , 能节约贵重金 属钻 , 而 且合 金 性 能 优 氮 并具有明显 的 经济价值 。 为了进二步提高该合金的牲能 , 本 文在合金中加人 微量的 A l , 并着重研究A I不同加 人量对合金牲能的 影晌 。 1 实 验 过 程 ( 1) 原材料 1 9 9 1一 0 6一 1 3 收稿 , 矿业研究所 ( I介 t i t u t e o 「 M i n i n g a n d M i n e r a x E n o i a e e r i n g ) 趁含 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1991. s2. 008

WC:中颗粒，-320目，总碳6.01%； Co:-320目，纯度≥98.5%， Fe:-200目，纯度≥99.5%， Ni:-200目，纯度99.5%， (2)Ni-A1:-200目 试样规格：5mm×5mm×30mm矩形条，用来测定抗弯强度abb、硬度HRA、密度D (3)组织结构分析 用扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针对合金结构和粘结相成分进行了分析。 2 实验结果 2.1A1加入置对合金性能的影响 结果如表1、图1所示。 19 表1A1加入量对合金性能的彩响 Table 1 Influence of adding Al 17 on the properties of the hard metal 15 加人量gbb(N/mm2) HRA D(g/cm3) 。 0 1740 85.8 13,6 13 0.4 1779 87.4 13.7 0.8 1924 87.2 13.4 11 0 0.4 0.81.21.6 2,0 1.2 1588 87,2 13.2 Al,wt 1.6 1421 85.2 13.2 图1A1加入量对WC-Fc/Co/Ni合金性 2.0 1168 84.6 13,4 能的影响 Fig.1 The influence of adding Al on the TRS of WC-Fe/Co/Ni hard metal 2.2组织结构分析 (1)合金的显微组织如图2。 (2)合金的电子探针微区分析经检含AI0.4%时，WC-Fe/Co/Ni合金中，A1全部 溶入粘结相里。 43

W c : 中颊粒 , 一 3 2。目 , 总碳 6 . 01 % ; C :o 一 3 20 目 , 纯 度》 98 . 5 % , eF : 一 幼。 目 , 纯度》 9 声 % , iN : 一 2 0 目 , 纯度 ” . 5 % ; ( 2 ) N i 一 A I : 一 2 0 0目 试样规格 : s m m x s m m x 30 m m 矩形条 、 用 来测定抗弯 强度 , b b 、 硬度 H R A 、 密度刀 (3 ) 组 织结 构分析 用扫描电 镜 、 X射线 衍射仪 、 电 子探 针对合金结构和 粘结相 成分 进行 了分 析 。 2 实 验 结 果 2 . I IA 加入 盆对 合金性能的影响 。甲退。反\匿b召 结果 如表 1 、 图 1 所示 。 表 I IA 加入皿对合 金性 能的影 响 T a b l e 1 I n f l u e n e e o f a d d i n g A I o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e h a r d m e t a l 加人量 口 、 b ( N / m m Z ) H R A D ( g / c m 含 ) …夕/ _洲尹 , l . ~ 1 7 4 0 1 7 7 9 1 9 2 4 1 5 8 8 1 4 2 1 1王6 8 8 5 。 8 8 7 。 4 8 7 。 2 8 7 。 2 8 5 。 2 8 4 。 6 1 3 。 6 1 3 。 7 1 3 。 4 1 3 。 2 1 3 。 2 1 3 。 4 1 9 1 7 1; 1多 1 1 一 l , … { } { 门 \ 、 Al , w t % 图 1 A l加入量对 w C 一 F e/ C 。 / N i 合金性 能 的影 响 F 1 9 . 2 T h e i n f l让 e n e e o f a d d i n g A I o n t h o T R S o f W C 一 F e / C o / N i h a r d m e t a l 任自RO扣OJn . … ó“ ùn .n1 一自,上 2 。 2 组织结构分析 (1) 合金的显 微组织 如图 2 。 _ ( 2) 合金 的 电子探 针微 区分析 经检测含lA o . 4 写时 , W C 一 F e / C o/ iN 合金 中 , lA 全部 溶入粘结相 里 。 聋煮 落麟 : 霸葵 馨 擎 〕 _ … 尹镶 ` 猫 六 从聋 琴臻 纂 簇鑫 篆淮她撇藻举翻{ 妻{熬…裁 盏鑫餐落滋!

图2合金显微组织 (a)0.4%A1,(b)0.8%A1,(c)1.2%A1;(d)1.6%Al,(c)2.0%A1 Fig.2 Microstructure of hard alloy (3)X-射线衍射分析结果 a。含A10.4%时合金中有y相(Ni基固溶体)。 b。含Al1.2%时，合金中除有y相外，还有y'相析出。y为NiaA1。 c。 含A11.6%时合金中有比较多的y相。 3讨论与分析 从实验结果看出，在WC-Fe/Co/Ni合金中加入不同含量的AI,能明显改变合金的抗弯 强度。结果表明，当加入量为0.4%~0.8%时有利于该合金的性能提高，提高幅度为37~ 180N1mm2。当A1的含量超过0.8%后，合金的抗弯强度又明显下降。从金相照片上看出， 在合金中加人合金元素A1后，该合金的WC晶粒明显细化，这是合金抗弯强度提高的一个重 要原因。同时AI的加入使WC晶粒明显球化，棱角部分明显减少：3)。因为WC晶粒棱角部分 容易造成应力集中，导致合金抗弯强度降低，而WC晶粒明显球化，有利于合金抗弯强度的 提高。 合金元素A1加人WC一-Fe/CoNi合金中，还能起到强化作用。由于A1的原子半径与Fe、 Co、Ni相差较大，故对固溶强化效果比W、Mo大c2。另外，由于有弥散相y'(NiAI)的析 出，因此有弥散强化作用。这些都会导致合金抗弯强度的提高。 从电子探针微区成分分析看出，A在粘结相中有一定的溶解度。从X-射线分析结果知 道，当溶人量达到一定值，就会有Ni,A1相(y')析出3。例如，含A11.6%的合金中有y'相 较强的谱线，含A!1.2%时此线条较弱，而在含A10.4%的合金中就没自此谱线。这说明y' 相的析出量随A的含量增加而增加。另外还应注意到靠近y'相的一条谱线为y相(Ni基固溶 体)。此相和y'相正好相反，随着合金中A1的含量增加而减少，直到含A!1.6%合金中全部 消失该相。 由此可见，y相的沉淀析出和y相的减少，都与合金性能有较大的关系。A1在粘结相中 有一定的溶解度，当溶入量达到一定值时就会有NsA1析出，该相起到弥散强化作用，使合 金抗弯强度提高，随着A1加入量的增多，y'相析出量随之增加。过多析出的y'相会偏聚于 44

, 图 2 合 金 显微组 织 ( a ) 0 . 4% A I , ( b ) 0 . 8乡` A l , ( e ) 2 . 2% A l ; ( d ) 1 . 6% A I ; ( e ) 2 . 0 % A l F 19 . 2 M I C r o s t r u C t u r e o f h a r d a l l o y ( 3) X 一 射线 衍射分析结果 含 A I 0 . 4 %时 合 金 中有夕相 ( N i基固溶体 ) _ 。 b 。 含A I 1 . 2 写时 , 合金 中除有 v 相 外 , 还有州相 析出 。 洲 为Nj : A I 。 。 . 含A I 1 . 6肠时合金 中有比 较多的夕` 相 。 3 讨论与分析 , 、 ó 、、、 从实 验结果 看出 , 在W C 一 F e / C 。 / iN 合金 中加 入不 同 含量的 A l , 能 明显改 变合金 的抗 弯 强度 。 结果表 明 , 当加 人 量为 0 . 4 % ~ 0 . 8 % 时 有利 于 该合 金的性 能 提高 , 提高幅度 为 37 ~ 1 80 N / m m Z 。 当 A l的含量超过 0 . 8 % 后 , 合 金 的抗 弯强度 又 明显 下降 。 从 金相 照片上 看出 , 在合 金 中加人 合金元素A l后 , 该 合金 的 W C 晶粒 明显细 化 , 这是 合 金抗弯强度 提高的一个 重 要原因 。 同时 1A 的加 人使 W C 晶粒 明显 球化 , 棱 角部分 明显减少 〔 3 ’ 。 因为 W C晶粒 棱 角部分 容易造 成应力集中 , 导致 合金抗弯强 度降低 , 而 W C 晶粒 明显 球化 , 有利于 合 金抗 弯强 度的 提高 。 合 金元 素A l加人 W C一 F 。 / C 。 / iN 合 金中 , 还能起 到强化作用 。 由于 1A 的原 子半径与 F e 、 C 。 、 iN 相差 较大 , 故对 固溶强 化效 果比 W 、 M 。 大 〔 “ 〕 。 另外 , 由于有 弥散相 夕` ( iN 。 A )I 的析 出 , 因此 有弥散强 化作 用 。 这 些都 会导致合金抗弯强 度的 提高 。 从电子 探针微区成 分分 析看出 , A l在粘结相 中有一定的溶解 度 。 从 X 一 射线分 析结 果 知 道 , 当溶人量达 到一定值 , 就会有iN 。 A l相 ( 夕` ) 析出 〔 “ ’ 。 例如 , 含 A I 1 . 6写的合金中有夕` 相 较强 的谱线 ; 含 A l 1 . 2 % 时此 线 条较弱 , 而 在含A 1 .0 4 %的 合金 中就 没 自此 谱线 。 这说 明夕 ` 相的 析出量随 A I的含量增加 而 增加 。 另外还应注 意 到靠 近夕` 相 的 一条谱线为 夕相 ( iN 基 固溶 体 ) 。 此相和 , ` 相 正好相 反 , 随着合 金 中A l的含量增加 而 减少 , 直 到含 A I 1 . 6 % 合 金中全 部 消失该相 。 由此可 见 , 夕` 相 的沉淀 析出和尸相 的减少 , 都与 合金性能有较大 的 关系 。 lA 在粘 结相 中 有一定的 溶解 度 , 当溶 人量达到一定值时就会 有 iN 3 A I析 出 , 该相 起到弥 散强化作 用 , 使合 金抗弯强 度提高 ; 随 着 A l 加人量的 增多 , 夕’ 相 析出量随 之增加 。 过 多析出的 夕` 相会偏聚于

WC晶界上，从而削药了粘结相对WC晶粒的粘结作用，使合金的抗弯强度下降。 从金相照片上也看到，A的加人有细化、球化WC晶粒的作用。随着A的加入量增大， 这种球化作用逐渐减弱，棱角部分增多，使WC晶粒不均匀现象出现了，这也是导致合金抗 弯强度下降的一个原因。 4结 论 (1)在WC-FeCo/Ni合金中加入一定量的合金元素AI可以提高合金的抗弯强度。在加 人量为0.8%时合金的抗弯强度比不加的提高了10%。加入过量的A1,反而会使合金的抗弯 强度下降。 (2)加人一定量的合金元素A!,主要作用是细化、球化WC品粒，并起弥散强化和固溶 强化作用。这些都会使合金的抗弯强度提高。 参考文献 1黄培云著。粉末治金原理。1982年 2斯莫尔曼RE(英)著，张人佶译。现代物理治金学。1980 3 Nishigaki K and Doi H,Binder Phase Strengthening Through y'Precipi- tation of WC-Co-Ni-Al Hard Alloy,Central Research Institute,Mitsubishi Metal Co,Japan,1986 ·冷轧热处理双相钢的开发与应用 研制成功了冷轧一罩式炉退火、540MPa级双相钢板卷的新钢种SX55。本钢板具有高强 度、低屈服、无屈服延伸、高加工硬化值等一系列有利于冲压成型的优点，适用于汽车工业 较复杂成型工艺的要求。合格率达100%。由于强度提高而使零、部件的减重可达7%~17%。 在汽车工业推广应用将获得很大节材、节油社会经济效益，是顶替进口钢材、实现汽车材料 国产化的一个较好钢种。 本钢材成品的性能及规格为：g。2≤375MPa;ga≥540MPa;6。≥32%；厚度为14~ 25mm。SX55是我国目前强度级别最高的冲压用冷轧汽车钢板，其力学性能已达到日本新日 铁连续退火冷轧双相钢板的3AFC55D标准。 本专题对C-Si-M双相钢的组织与性能的关系、罩式炉退火过程的相变动力学、疲劳性 能：成型性、焊接性能等进行了深入的研究。 45

W c 晶界上 , 从而削弱了枯结 柑对W C晶 粒的 粘结 作 用 , 使合金的 抗弯强度下降 。 从金 相照 片上 也看到 , lA 的加入有细 化 、 球 化W C晶 粒的作用 。 随着lA 的加人量增大 , 这 种球化作用 逐渐减 弱 , 棱角部分 增多 , 使 W C 晶粒不 均 匀现 象 出现 了 , 这 也是导致 合金抗 弯强度下降的 一个原因 。 4 结 论 ( D 在W C 一 F e ZC o/ N i 合金中加 入一定量的 合金 元素 A I可 以提高合金 的抗弯强度 。 在加 人量为。 . 8 % 时 合金 的抗 弯强度比 不加的 提高了 10 % 。 加入过 量的 lA , 反而会使 合金 的抗 弯 强度下降 。 ( 2) 加人一 定量的合金元素 lA , 主要作 用是细 化 、 球化W C 晶粒 , 并起弥散强化和固溶 强 化作用 。 这些都会使合金的抗 弯强度 提高 。 参 考 文 狱 1 黄培 云著 。 粉末冶金原理 . 1 9 82 年 劲莫尔曼 R 七 ( 英 ) 著 , 张 人 情译 。 现 代物理治金 字 。 1 9 8 0 N i s h i g a k a K a n d D o i H . B i n d e r P h a s e S t r e n g t h e n i n g T 五r o u g h y , P r e e i p i - t a t i o n o f W C 一 C o 一 N i 一 A I H a : d A l l o y , C e n t r a l R e s e a r e h I n s t i t u t e , M i t s u b i s il i M e t a l C o 。 J a p a n , 1 9 8 6 . . 哈门目目洲目中. , 自门旧目目 翻门目目 . 目目 . 电门喻日卜 . , 叻 冷轧热处理双相 钢的开发 与应用 研制 成功 了冷轧一罩 式炉 退火 、 5 40 M P a 级双 相钢 板卷的新钢 种 S X 5 。 本钢板具有高 强 度 、 低屈 服 、 无屈 服延伸 、 高加工硬 化值等一系 列有 利于 冲 压成 型的 优点 , 适 用于 汽车工业 较 复杂成型 工艺 的要求 。 合格 率达 10 % 。 由千强 度提高 而 吏零 、 部件的减重可 达 7 肠 一 1 7% 。 在汽 车工业推广应用将 获得 很大 节材 、 节油 社会经 济 效益 , 是顶 替进 口钢材 、 实现汽车材料 国产化的一个 较好钢种 。 . 、 - 本钢 材成品的 性能 及规格 为 : 叮 。 2 ( 3 7 5 M P a ; a B 弃 5 4 o M p a ; J 。 ) 3 2 % ; 厚度为 1 4 ~ 25 m m 。 S X 5 是我 国 目前强 度级别最 高的 冲 压用冷轧 汽车钢板 , 其力学性能已达到 日本新 日 铁连续退火冷轧双相钢板的 3 A F C 5 D 标准 。 本专 题对 C 一 iS 一 M n 双相钢 的组织 与性能 的 关 系 、 罩式炉 退火 过程 的相 变 动力学 、 疲劳性 能 毛 成型性 、 焊接性能等进 行了 深入的研究 。 `