《硬质合金的烧结》课件

硬质合金的烧结硬质合金是一种金属陶瓷复合材料，由金属基体和硬质相组成。烧结是将粉末压制成形并加热到接近熔点的过程，使粉末颗粒相互结合，形成致密的固体。by课程内容硬质合金粉末制备介绍硬质合金粉末的制备方法，如球磨、喷雾干燥等。硬质合金的压制阐述压制工艺参数，如压力、温度、时间等对硬质合金密度的影响。硬质合金的烧结重点介绍烧结过程，包括温度、时间、气氛、压力等对烧结性能的影响。烧结后处理讨论烧结后的处理工艺，如冷却、打磨、抛光等。硬质合金简介硬质合金是金属陶瓷的典型代表，也称为cementedcarbide。它是一种由超硬金属碳化物（如WC、TiC、TaC等）和金属粘结剂（如Co、Ni、Fe等）组成的复合材料。硬质合金具有高硬度、高耐磨性、高强度和良好的耐热性，广泛应用于切削刀具、磨具、模具等领域。硬质合金成分金属硬质相硬质合金通常以碳化物为硬质相，如碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC）。粘结相粘结相主要为金属，如钴（Co）、镍（Ni）、铁（Fe），起着粘结硬质相的作用，提高合金的韧性和抗冲击性。添加剂硬质合金中还会添加一些添加剂，如碳化硅（SiC）、硼化钛（TiB2）等，以提高其耐磨性和抗氧化性。硬质合金制造工艺1烧结粉末压制成型后在高温下烧结2压制粉末在模具中压制成形3制粉将金属粉末混合并制备硬质合金的制造工艺主要包括粉末制备、压制和烧结三个步骤。首先，需要将各种金属粉末混合并制备成特定成分的硬质合金粉末。然后，将粉末在模具中压制成形，形成所需的形状和尺寸。最后，将压制好的坯体在高温下烧结，使粉末颗粒相互结合，形成致密的硬质合金。硬质合金粉末制备1粉末冶金法将金属或非金属粉末混合、压制成型并烧结2化学沉淀法通过化学反应生成金属盐沉淀，再经洗涤、干燥、还原制得3气相沉积法在气相条件下，利用金属有机化合物或金属卤化物进行化学反应4电解沉积法在电解池中，通过电解作用将金属离子沉积在阴极上硬质合金粉末的制备方法多种多样，不同的方法制备的粉末具有不同的特点，需要根据实际应用选择合适的制备方法。硬质合金的压制粉末预处理硬质合金粉末经过混合、干燥等处理，确保均匀性和流动性，为压制过程做好准备。模具选择根据最终产品的形状和尺寸选择合适的模具，并确保模具清洁和润滑，防止粉末粘附。压制成型在高压下将粉末压制成型，使其具有预定的形状和密度，为后续烧结打下基础。脱模小心地从模具中取出压制好的坯体，避免损坏其形状和结构。硬质合金的烧结1粉末混合将钨粉、钴粉以及其他合金元素粉末按照一定的比例混合在一起。2压制成型将混合后的粉末在模具中压制成所需的形状和尺寸。3烧结在高温下，压制成型的粉末在真空中或保护气氛中烧结，使粉末颗粒相互融合，形成致密的固体。烧结的定义固体颗粒在高温下，固体颗粒通过原子扩散和表面能降低，相互连接，形成致密固体材料的过程。粉末冶金烧结是粉末冶金、陶瓷制造、玻璃制造等领域的重要工艺，用于生产多种材料。高温烧结过程通常在固相状态下进行，需要高温，但低于材料的熔点。烧结的原理粉末颗粒接触粉末颗粒之间相互接触并形成颈部连接。原子扩散高温下，粉末颗粒表面的原子发生扩散，并迁移到颈部区域。固相结合原子扩散导致粉末颗粒之间相互连接，形成致密的固态结构。孔隙率降低烧结过程中，粉末颗粒之间的空隙逐渐减少，导致孔隙率降低。烧结的阶段1固相烧结粉末颗粒直接接触，通过原子扩散而结合。2液相烧结粉末颗粒在液相介质中通过溶解-再结晶过程而结合。3气相烧结在气相物质的参与下，通过化学反应而结合。烧结的温度烧结温度是影响硬质合金烧结过程的重要因素之一，直接决定着最终产品的性能。温度过低，粉末颗粒难以充分烧结，致密化程度低，强度和硬度不足。温度过高，会导致粉末颗粒过度长大，甚至发生熔化，不利于形成致密结构。1200℃钨钴硬质合金烧结温度1400℃硬质合金烧结温度范围1600℃高温烧结1800℃超高温烧结烧结的时间烧结时间影响因素控制方法烧结时间粉末类型、尺寸、密度、烧结温度根据材料性质和要求调整时间烧结时间过短烧结不完全，强度和硬度不足延长烧结时间烧结时间过长晶粒长大，强度和硬度下降缩短烧结时间烧结的气氛保护气氛烧结过程中，需要使用保护气氛，防止硬质合金粉末氧化。保护气氛通常使用氢气、氮气或混合气体。真空气氛真空烧结是一种常用的烧结方法，可以有效地减少粉末的氧化，提高烧结密度。烧结的压力烧结压力是指在烧结过程中施加在粉末坯体上的压力。它可以提高烧结体的致密度和强度，降低烧结温度和时间。烧结压力通常用MPa表示，常用的烧结压力范围为5-100MPa，具体数值取决于材料的类型和烧结工艺要求。烧结后处理1冷却缓慢冷却，避免热应力2清理去除残留物，提高外观3检验评估产品质量，确保合格烧结后，硬质合金需要进行一系列后处理工序，以确保其最终的性能和质量。烧结缺陷及防治措施常见缺陷烧结过程中可能出现各种缺陷，例如孔隙率高、密度低、强度不足、尺寸不稳定等。这些缺陷会影响硬质合金的性能和应用。防治措施可以通过优化烧结工艺参数，如温度、时间、气氛和压力，以及添加助剂来有效控制缺陷的发生。另外，严格控制原料质量和粉末制备工艺也是关键。烧结微观组织烧结微观组织是指硬质合金在烧结过程中形成的微观结构，直接影响硬质合金的性能。烧结组织主要包括晶粒尺寸、晶界相、孔隙率等，这些因素决定了硬质合金的硬度、韧性、耐磨性等性能。通过控制烧结工艺参数，可以调控烧结微观组织，从而获得具有特定性能的硬质合金。烧结组织的表征显微镜观察通过光学显微镜或扫描电子显微镜观察烧结组织的微观结构，如晶粒尺寸、形状和分布。X射线衍射利用X射线衍射技术分析烧结后的相组成和晶体结构，了解烧结过程中发生的相变和晶粒生长。能谱分析结合扫描电子显微镜进行能谱分析，可以确定烧结组织中不同相的元素组成和分布情况，帮助理解烧结过程中的物质迁移和扩散。其他表征方法除了上述方法，还可以使用密度测量、硬度测试等方法来表征烧结组织的物理性能。烧结性能评价指标评价方法意义密度阿基米德法衡量烧结致密程度硬度维氏硬度计反映硬质合金的耐磨性强度弯曲强度试验评估硬质合金的抗弯能力韧性冲击韧性试验反映硬质合金的抗冲击性能抗氧化性高温氧化试验评估硬质合金在高温环境中的稳定性烧结工艺优化1工艺参数优化烧结温度、时间、气氛、压力等参数对硬质合金性能影响较大，需要根据具体材料和应用场景进行优化。2粉末特性调控粉末粒度、形貌、化学组成等对烧结过程影响很大，可以通过调节粉末特性来提高烧结效率和最终材料性能。3烧结设备改进采用先进的烧结设备，例如真空烧结炉、等静压烧结设备等，可以提高烧结效率和产品质量。烧结工艺控制温度控制烧结温度是影响硬质合金性能的关键因素，需要严格控制。时间控制烧结时间会影响烧结过程的完成度，需要根据具体情况确定。压力控制压力控制有助于提高烧结密度和致密化程度，但也需注意防止过压导致的缺陷。气氛控制烧结气氛会影响烧结过程中的氧化还原反应，需选择合适的保护气氛。烧结质量检测烧结质量检测是保证硬质合金性能的关键步骤，通过对烧结过程的控制，可以获得满足应用要求的硬质合金材料。烧结质量检测主要包括以下几个方面：密度、孔隙率、硬度、抗弯强度、断裂韧性等。烧结成本分析烧结成本是硬质合金生产过程中重要的成本组成部分。烧结过程的成本主要由能源消耗、材料损耗和设备维护组成。影响烧结成本的因素包括烧结温度、时间、气氛、压力和设备效率等。5%能源消耗烧结过程需要大量的热能，占总成本的比例较高。10%材料损耗烧结过程中不可避免地会有材料损耗，如粉末挥发和氧化等。20%设备维护烧结设备需要定期维护，维护成本也是一大支出。65%人工成本烧结过程的人工成本占成本的比例较高。烧结工艺特点高密度烧结过程能使粉末紧密结合，形成高密度的致密体。高强度高温烧结过程中，金属原子相互扩散，形成强烈的结合力，提高材料的强度和硬度。复杂形状烧结工艺可以制造各种复杂形状的零件，满足不同的应用需求。环保节能烧结过程可有效减少材料浪费，降低能耗，符合可持续发展理念。烧结工艺发展趋势智能化烧结利用人工智能和机器学习优化烧结参数和过程，提升效率和精度。绿色烧结开发低能耗、低排放的烧结技术，减少对环境的影响。高性能烧结开发新型烧结工艺，制备具有优异性能的硬质合金材料，满足更高要求。微观结构控制通过精确控制烧结过程，实现对硬质合金微观结构的精准调控，进一步提升性能。案例分析烧结工艺是硬质合金生产中至关重要的环节，其质量直接影响最终产品的性能。通过对不同烧结工艺参数的优化，可以显著提高硬质合金的强度、硬度和耐磨性，延长其使用寿命。例如，采用真空烧结工艺可以有效降低硬质合金的孔隙率，提高其致密度，从而提升其机械性能。总结与展望11.总结硬质合金烧结工艺对材料性能至关重要。通过控制烧结参数可以优化材料性能。22.展望未来，烧结工艺将朝着更高效、更环保、更智能的方向发展。33.未来方向例如，发展低温烧结、快速烧结、等离子体烧结等新型烧结