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与WC-Co硬质合金相比,无粘结剂烧结WC硬质合金具有更高的硬度、耐磨性和抗氧化性,适用于高硬度、高耐磨性要求的场合,如消防高压喷嘴等特耐磨零件。放电等离子烧结(SPS)具有烧结温度低、活化粉末表面、晶粒度小等优点,是无粘结剂WC硬质合金烧结的有效手段。本工作对无粘结剂WC硬质合金的SPS烧结工艺进行系统研究和优化,以获得性能优异的无粘结剂WC硬质合金材料。(1)实验采用添加C来减少或消除高温烧结WC时伴随出现的杂质相W2C,采用高能球磨制备了WC-x wt.%C复合粉末并进行SPS烧结,研究C添加量对烧结合金物相的影响。实验表明:当C添加量为0.65 wt.%时,合金中的杂质相W2C消失,获得WC纯相。(2)在此基础上,选择WC-0.63 wt.%C合金粉末进行SPS烧结工艺参数对无粘结剂WC硬质合金烧结性能的影响研究。研究烧结温度、烧结压力及烧结时间对材料的相对密度、维氏硬度和晶粒尺寸的影响,结果表明:材料的相对密度、维氏硬度和晶粒尺寸对烧结温度敏感,它们随烧结温度的增加而明显的增加;而对烧结压力、烧结时间变化较缓慢。经工艺优化,综合力学性能较好的工艺条件是:烧结温度为1800℃、烧结压力为70MPa、烧结时间6min,得到合金的相对密度、维氏硬度、晶粒度、KIC和抗弯强度分别为99.1%、27.5GPa、396 nm,4.5 MPa m1/2和1280MPa。(3)实验在合金粉末中添加微量Cr3C2及V8C7,以抑制WC晶粒长大,提高材料的断裂韧性,实验制备了无粘结剂WC-0.63 wt.%C-x wt.%Cr3C2及WC-0.63 wt.%C-x wt.%V8C7两个系列的SPS合金样品并研究了抑制剂对材料的物相、晶粒度及机械性能的影响,烧结温度1800℃,烧结压力70MPa,烧结时间6min。结果表明:在SPS烧结过程中Cr3C2转变成Cr C而V8C7保持不变;适当的添加量可以获得最小的晶粒度,Cr3C2的最佳添加量为0.7 wt.%,得到合金样品的WC晶粒尺寸、硬度、KIC、抗弯强度分别为327nm、26.73GPa、5.87 MPa m1/2和1098MPa,与未添加抑制剂样品相比,硬度降低2.8%,但晶粒尺寸减小17%、KIC提高了30%。V8C7的最佳添加量为1.5 wt.%,得到合金样品的WC晶粒尺寸、硬度、KIC、抗弯强度分别为298nm、26.62GPa、6.90 MPa m1/2、950MPa,与未添加抑制剂样品相比,硬度降低3.2%,但晶粒尺寸减小24%、KIC提高52%。