2022年烧结工等级培训教案 .pdf

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1、名师精编精品教案绪言1 硬质合金一、定义：由难熔金属碳化物和粘结金属组成，并采用粉末冶金工艺方法生产的重要金属材料。二、硬质合金常用组分的主要性质组分晶 格 类型碳 含量% 显 微 硬 度（kg/mm2）弹 性 模 数105 N/mm2导热率K/cm0C.秒热膨胀系数106 熔 点0C WC 六方体6.13 1780-2500 7.1 0.047 6.2 2720 TiC 立方体20.05 2988-3200 4.6 0.087 7.4 3147 TaC 立方体6.23 1550-1599 2.91 0.053 8.2 3880 NbC 立方体11.45 1960-2055 3.45 0.04

2、4 3480 Co - 密排 六 方 - 面心立方HB=132-280 2 0.13 12.5 1492 三、硬质合金成分在合金中的作用由于难熔金属碳化物具有高硬度、高熔点、高耐磨高性、抗氧化性特点，使合金具有高硬度和耐磨性。粘结金属钴具有良好的物理机械性能，而熔点又高于硬质合金的工作温度。在硬质合金结构中，紧密粘结硬质相是合金具有足够强度与韧性（1、粘结作用将脆性 WC 晶粒联粘结起来。 2、在外力作用下变形时，吸收应变能和松弛应力，增加韧性。）2 硬质合金的基本特点1、 具有很高硬度和耐磨性。 常温下硬度可达HRA87 94， 特别是红硬性好， 6000C时超过高速钢， 10000C时超过

3、碳钢的常温硬度值；2、 具有很高的机械强度，抗压强度可高达6000N/mm2，9000C时抗弯强度仍可有1000 N/mm2以上；3、 弹性模数高，通常为（ 47）10 5N/mm2，在常温下刚性较好，无明显的塑性变形； 4 、耐腐蚀性和抗氧化性好，耐酸、耐碱，6008000C时不发生明显氧化； 5 、冲击韧性较低。 6 、热膨胀系数小。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 19 页名师精编精品教案 7 、电导率和热导率与铁和铁合金相近。由于硬质合金的上述特点，使得它在现代工具材料、耐磨材料、耐腐蚀和耐高温材料等方面占据着重要

4、地位。3 硬质合金分类一、按成分和性质可分为五类1、WC Co （或称钨钴）类合金：这类合金主要由碳化钨和钴组成。按照含钴量，这类合金可以分为低钴、中钴和高钴。低钴合金通常含钴38% 、中钴合金（钴1015% ） 、高钴合金（ 2030% ） 。主要用作铸铁、有色金属及合金切削刀具、金属拉伸模具、冲击模具、耐磨零件、量具、矿山石油地质工具。2、WC TiCCo （或称钨钛钴）类合金：按照碳化钛含量可分为低钛、中钛和高钛合金三种。低钛合金一般含碳化钛46% 、含钴 915% ，强度最高。中钛合金一般碳化钛 1020% 、含钴 618% 。高钛合金一般含碳化钛2540% 、含钴 46% 。性能与

5、WC Co类相比，抗氧化性好，红硬性好，高速切削时刃具寿命长，但强度较 WC Co低。其主要用于钢材切削加工。3、WC TiCTaC Co（或称钨钛钴钽）类合金：与WC TiCCo类相比，抗氧化性及抗热震性好，刀具寿命长。与WC Co类相比，加工钢材时耐磨性好，加工铸铁时，效率降低不多。主要用于难加工材料的切削加工。4、钢结类合金（ YE ） ：这类合金由碳化钨或碳化钛与碳素钢或合金钢组成。与前几类合金相比，其突出特点是：具有钢的可加工性、可锻性、可焊性及可热处理性。主要用于各种冲压模、冷镦模、成形模、拉伸模及耐磨零件。（5）碳化钛基合金（ YN ） ：这类合金由碳化钛、金属镍和金属钼或碳化钼

6、组成，硬度与抗弯强度比较好。 主要用作切削工具， 目前已推广到耐磨零件和耐磨工具等方面，因而是一类很有发展前途的切削工具材料。二、硬质合金按其用途分切削刀片、耐磨零件、矿用合金、型材和硬面材料等。三、国际标准组织（ ISO）硬质合金分类K类（相当于 YG ）主要用于加工短切屑黑色金属、有色金属和非金属材料。P类（相当于 YT ）主要用于加工长切屑黑色金属。M类（相当于 YW ）介于二者之间的材质。4 合金牌号表示法一、WCCo Y G 3 x 细晶粒结构钴含量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 19 页名师精编精品教案钨钴类

7、硬质合金Y G 8 C 粗晶粒结构钴含量钨钴类硬质合金Y G 6 A 添加少量 TiC（或 NbC）钴含量钨钴类硬质合金牌号 ZK30SF 中“Z”表示自硬公司， “K”表示短切削，“30”表示 分类组号，“SF”表示超细。二、WCTiCCo YT5 YT14 YT15 YT30 TiC% YT798 钴含量TiC% 764 厂YT715 TiC% 764 厂三、WCTiCTaCCo Y W 1 YW2 顺序号类别通用合金5 产品型号的分类一、切削刀片：焊接刀片、机夹刀片、可转位刀片精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 19

8、页名师精编精品教案二、矿用分厂型号产品1、钎片包括K10、K20、K22、K23、K30、K0、K2、K3、KX 十种型式的毛坯产品。2、钻齿平顶齿 CP、边楔齿 CB、勺形齿 CS、楔形齿 CE、锥形齿 CZ、球形齿 CQ 异型齿 CX、3、截煤齿包括片状齿、柱状齿、以及异型齿三大类。三、耐磨零件产品型号耐磨类产品主要分为冲压模类、拉丝模类、顶锤（压缸、辊环）类、硬质合金型材类、其它机械附件非标类（Fx、Fu、Fm、Fc、Fk、FR、FG、F118、F114、Pw、PD、PY、PX、NC、NR、NF、NX）五类。1、冲压模（1）顶模： BD 型、BDA 型（3）缩杆模： BSF 型、BS 型

9、（2）三序顶模： BDB 型（4）T 型勒光模： BT 型（5）沉头顶模： BC 型（6）割模： BG 型（7）内六方模： BF 型、BFA 型、BFB 型（8）电池模： BM 型、BMA 型、 BMB 型2、拉丝模分类： YS 系列、 GB 系列、 YB 系列、 Z 系列3、硬质合金型材分类与命名：（1）挤压型材分 XG（管材）、XB（板材） 、XF（方条） 、XC（棒材） 、XQ（枪钻） 、XL （螺旋刀片）六类例：XG T8 35 L XB 10 T2 L 长度 L（3 位）长度 L（3 位）内径 d2（放大 10 倍后用 2 位）厚度 b（2）2.5 mm 外径 d1 （2 或 3）T

10、8：8.50mm 宽度 a（2）10.00 mm 挤压管材毛坯挤压板材毛坯XC T10 L XQ d L 长度 L（3 位）长度 L（3 位）直径 d（2 或 3）直径 d（2 或 3）挤压棒材毛坯挤压枪钻毛坯精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 19 页名师精编精品教案XF 04 04 L1 XL d L长度 L（3 位）刃长（ 3）厚度 b（2）4.00mm 刃径（ 2）宽度 a（2）4.00 mm 螺旋角（ 2）挤压方条毛坯挤压螺旋刀片毛坯（2）模压型材分为 RG 型（管材）、RB（板材） 、RC（棒材）RG 40 13

11、2 50 A RB 057 27 C 长度 L（2 位） 50 mm 厚度 C（2）内径 d（放大 10 倍后用 3 位）13.2 宽度 B（2 或 3）27.00 mm外径 D （2 或 3）40 mm 长度 L（3 位）57.00 mm 模压管材板材RC d L 长度 L（3 位）直径 d（2 或 3）模压棒材后面可以加 A、B、C以表示带小数。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 19 页名师精编精品教案石蜡6 硬质合金工艺流程图碳化钨粉钴粉复式碳化物配料酒精滚动球磨搅拌球磨、可倾式球磨己烷振动干燥真空干燥喷雾干燥振动过

12、筛均匀化破碎过筛振动过筛湿磨混合料鉴定掺胶、干燥、擦筛鉴定制粒掺胶（蜡）混合料压制压坯干燥、加工及检查合格压坯装舟烧结卸舟、喷砂清理成品检查硬质合金精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 19 页名师精编精品教案1.7合金物理机械性能硬质合金的性能包括1、物理性能：密度d、导热率、导电率、热膨胀系数、磁性（磁力 Hc和磁饱和 R）等2、机械性能：硬度、强度、冲击韧性、弹性模数等3、化学性能：抗氧化性、抗腐蚀性4、使用性能：切削性能、钻探实验、高温性能1、密度（1） 、定义：单位体积合金的质量。（2） 、理论和实际密度计算：（3）

13、 、影响因素：由于孔隙的存在，实际密度小于理论密度A、随着钴含量增加，密度下降；YT合金随着碳化钛增加而密度下降。B、渗碳、欠烧、脏化、未压好等都会使密度降低。C、脱碳形成比重大的 相，使合金密度稍有增加。D、烧结工艺：合金欠烧，密度降低。2、硬度（1）定义：合金抵抗变形和磨损的能力。（2）影响因素A、化学成分： 随着钴含量增加， 硬度下降；YT合金随着碳化钛增加而硬度增加。B、晶粒大小：随晶粒细化而硬度增加。C、含碳量：石墨夹杂（软相）硬度下降；相（Co3W3C）硬脆性，使硬度增加。3、抗弯强度（1）定义：合金在弯曲负荷作用下，试样完全断裂时的极限强度。（2）影响因素A、随着钴含量增加，抗弯

14、强度增加；钴含量一定时，YT合金随着碳化钛增加而抗弯强度下降。B、组织缺陷：污垢、孔隙、钴池、非均匀的粘结相分布、异常粗大的WC 等，抗弯强度下降。C、石墨夹杂，抗弯强度下降；相抗弯强度，抗顽弯强度急剧下降。YG合金在正常的两相区内，抗弯强度最高。对于含钴量较低的合金，抗弯强度的最大值偏高碳侧，因为含碳量较高时，钴中溶解的钨少，钴相韧性好，使合金强度增加；而对于含钴量较高的合金中，抗弯强度的最大值偏低碳侧， 因为含碳量较低，钴相中溶解的钨高，钴相被强化，合金强度增加。三相 YT合金正常组织抗弯强度的最大值偏高碳侧。4、矫顽磁力（1）定义：完全去掉合金中的剩磁所需的磁场强度。（2）影响因素A、随

15、着钴含量增加，矫顽磁力降低。B、碳化钨晶粒细化，钴的分散度提高，矫顽磁力增加。C、石墨夹杂，矫顽磁力基本不变；相，矫顽磁力增加。5、磁饱和检查合金中是否存在 相。影响因素A、随着钴含量增加，磁饱和增加，但达到一定值后趋缓。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 19 页名师精编精品教案B、含碳量增加，磁饱和增加；相，磁饱和下降。第一章烧结基本理论1.1概述1、烧结定义：粉末或粉末压坯，在适当温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。2、烧结目的：使多孔的、机械强度很小粉末压坯，在高温的作用下转变成为致密的、具有一定组织结构和物理机

16、械性能的硬质合金。3、硬质合金烧结过程有两个显著的标志：（1）通过致密化过程使压坯达到接近于无孔隙合金；（2）通过一系列物理化学作用的过程，最终形成硬质合金的组织结构，从而具有优良的性能。4、烧结分类：通常按烧结过程有无明显的液相和烧结系统组成进行分类：（1）单元系烧结：纯金属或化合物，在其熔点以下进行的固相烧结过程。T 烧=（2/34/5）Tm（0K）（2）多元系固相烧结：由两种或两种以上的组分构成的烧结体系，在其中低熔组分的熔点温度以下所进行固相烧结过程。（2）多元系液相烧结：以超过系统中低熔组分熔点的温度进行的烧结过程。1.2烧结过程 （参照工艺教材 P66-70）一、关于 WCCo 状

17、态图沿 CoWC 线的垂直变温截面WCCo 三元系状态图是立体图，在此状态图中，WCCo 合金仅仅是沿 CoWC 线的截面及其附近的一小部分。因此，为了方便起见，一般只研究我们所须的某些垂直截面和等温截面图（一般是凝固温度时的等温截面）1、WCCo 状态图沿 CoWC 线的垂直截面可看成伪二元系CoWC的变温截面；2、WC 在 Co 中的溶解度随温度而变化：室温下为1%，10000C 时约为 4%，当共晶温度时约为815%，在 13400C 时进行二元共晶转变： L=+WC 3、在 100014800C 的高温烧结阶段4、冷却阶段：液相成分沿cd 线变化，同时有碳化钨从液相析出，当温度降至 1

18、340以下时，发生共晶反应L=+WC。二、烧结的三个阶段及其发生的变化（一） WCCo 合金1、低温烧结阶段：室温10000C （1）成型剂的挥发与裂解。（2）压坯中粉末颗粒表面氧化物被还原。（3）压坯中的残留应力开始消除。（4）碳化钨开始向钴中扩散。（5）压坯中粉末颗粒之间的表面原子扩散作用，使烧结体有轻微收缩， 强度有所增加。（6）当混合料中的碳化钨含量低于理论含碳量时，形成相。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 19 页名师精编精品教案2、高温烧结阶段： 10000C烧结温度（1）随温度升高，碳化钨在钴中溶解度逐渐增加

19、。（2）在约高于共晶温度时， 开始出现液相， 相逐渐溶于液相， 最后全部转入液相。（3）通过扩散、塑性流动和液相流动，完成致密化。（4）碳化钨晶粒通过液相重结晶长大。（5）由于压坯的成分不纯，因此，实际的烧结过程中，液相出现的更早。（6）高温烧结阶段的相组成取决于合金中的含碳量。碳不足时： WC+液相；碳过量时： WC+C+液相；碳适量时 WC+液相。3、冷却阶段：烧结温度室温（1）温度降低，碳化钨从液相或固溶体中析出。（2）冷却后合金的最终相组成取决于凝固前合金的含碳量碳不足时： WC+；碳过量时： WC+C+；碳适量时 WC+。（二） YT 合金的烧结过程YT 合金多一固溶体成分，而TiC

20、WC 固溶体在钴中的溶解度比WC 在钴中的溶解度小得多， 因而高温烧结时液相的成分不同，出现液相的温度不同和所的合金组织不同。碳不足时： WC+ TiCWC+；碳过量时： WC+ TiCWC+C+；碳适量时： WC+ TiCWC+。3 致密化过程一、定义：物质进入颗粒间孔隙，使烧结体收缩、孔隙消除的物质迁移过程。二、机理：压坯烧结成合金的最显著的外观变化是体积明显缩小：一般线收缩为1823%，体积收缩为 4045%，从致密化角度可以把烧结分为固相烧结阶段和液相烧结阶段。1、固相烧结2、液相烧结总之，烧结的致密化过程是由固相烧结和液相烧结两个相联系的过程构成的。在低温烧结阶段烧结体出现的收缩主要

21、由扩散引起，高温烧结阶段合金的致密化主要由塑性流动、相流动引起。四、影响致密化过程（烧结体收缩）的主要因素1、液间的润湿角2、液相的数量（一般体积占1335%）3、溶解度4、含碳量 5、原始碳化物颗粒大小1.4硬质合金组织结构的形成合金组织结构一般指合金的相成分、Co 相成分、 WC 晶粒度和孔隙度。一、合金的相组成1、WCCo 合金YG 合金的相成分有三种情况： WC+C、WC+、WC+。WCTiCCo 合金YT 合金相组成取决于合金中TiC 的含量。二相 YT 合金的相组成：（WTi）C+、 （WTi）C+C、 （WTi）C+；三相 YT 合金：WC+（WTi）C+、WC+（WTi）C+C

22、、WC+（WTi）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 19 页名师精编精品教案C+。二、Co 相成分（粘结相或 相）成分粘结相：在硬质合金中，处于碳化物骨架周围的、连续而均匀的固体相。1、WCCo 合金YG 硬质合金粘结相是W C 和 W 在钴中的固溶体。，2、WCTiCCo合金YT 合金的粘结相是以钴为基的少量W、Ti、C 在 Co 中的固溶体。三、碳化物晶粒长大碳化物晶粒长大是指烧结后合金中碳化物的平均晶粒长度大于混合料碳化物平均晶粒长度的现象。是烧结过程和组织结构形成的重要特点之一。1、WCCo 合金中 WC 晶粒长大

23、（1）聚集再结晶：WC 通过聚集再结晶而出现长大主要发生在致密化过程中的固相烧结阶段。（2）液相重结晶2、WCTiCCo合金中 WC 晶粒长大（1）两相 YT 合金：由于固溶体 TiCWC 在粘结相中的溶解度很小，液相重结晶长大不明显，固溶体TiCWC 的晶粒长大主要是靠聚集再结晶（相邻晶粒合并）及晶粒连生作用（几个晶粒连接在一起）。（3）三相 YT 合金：固溶体 TiCWC 晶粒与 WC 晶粒相互对对方起抑制晶粒长大的作用。在三相 YT 合金中， WC 相含量越多， WC 原始晶粒度越细，则TiCWC 相晶粒长大越困难。四、孔隙度孔隙度的大小是硬质合金质量好坏的重要标志。放大倍100-200

24、 在显微镜下直接观察磨面与标准比较进行评定。定义：是指某一视场内孔隙所占面积的百分数。 A类：10um以下 A00 、AO2 、A04、AO6 、AO8五级。 B类：10-25um B00 、B02、B04、B06、B08五级。大于 25um的孔隙分 25-75um 、75-125um 、和大于 125um三种范围，计算其单位面积（ cm2）的孔隙数。引起孔隙大致原因：（1）A类孔隙球磨时间过长和细晶粒合金，在钴相中出现许多小于1um孔隙；球磨时间过短则出现 3-4um的孔隙，湿磨时固液比不当也会造成A级孔隙。粘结相分布不均。脱蜡、预烧、烧结工艺控制不当，能造成A 级孔隙。碳化钨内部也存在微孔

25、。汽油橡胶溶液中CaCO3在烧结下分解形成25um以下的孔隙。（2）B级孔隙掺胶不均，石蜡分布不均，混合料中有钴片，未压好，外来杂质等造成B 级孔隙。汽油橡胶溶液中的凝胶粒子，在烧结中分解残留10-80um的孔隙 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 19 页名师精编精品教案第二章氢气烧结1 概述1、氢气烧结的定义：以氢气作保护气体，将石墨舟皿中的压坯（制品周围填充填料）于连续式钼丝炉中烧结成硬质合金的烧结过程。2、氢气烧结的特点（1） 氢气中常含水蒸汽、氧、氮等杂质气体，使合金性能低。（2）钼丝烧结炉结构简单、炉子功率

26、小和炉管寿命长是它的优点；但炉温控制不准、炉内气氛变化大、产品容易渗、脱碳等是其难以避免的缺点。（3）当烧结温度过高时，填料中的Al2O3与合金中或填料中的碳反应生成气态 AlO（Al2O3+C2AlO+CO） ，冷却时 AlO 又分解出白色的金属Al（3AlOAl2O3+Al） ，沉积在产品的表面上，它降低产品的物理力学性能，同时也影响使用寿命。（4）由于氢气烧结过程均在正压下进行，产品内部的孔隙不可能充分得到消除，留有残余孔隙。因此，氢气烧结时，除炉温要控制好外，炉内气氛控制十分重要。如要控制稳定的氢气流量、氢中水份和其氧含量；要控制好产品的装舟量、推速、橡胶加量，及填料中的碳含量；要考虑

27、到H2OH2CAl2O3的平衡。2 增碳反应和脱碳反应：一、增碳反应（合金碳量增加的反应）低温烧结阶段1、成型剂的挥发裂解而残留碳CmHnmC+n/2H2混合料的掺胶量为0.61%，导致合金增碳量约为0.20.3%。2、一氧化碳的分解COCO2+C 一氧化碳的来源： 石墨舟皿和填料中的碳及烧结体内的碳化钨与进入炉内氢气中的水分在高温区进行激烈反应：C+H2OCO+H2WC+ H2OCO+W+H23、填料中的碳向烧结体扩散而引起合金增碳。二、脱碳反应（合金碳量减少的反应）高温烧结阶段1、碳化钨和氢气及氢气中水分的反应WC+ H2OCO+W+H2 WC+ 2H2W+CH22、碳化钛和氢气中水分的反

28、应TiC+ H2OTiO+C+H23、碳化钛和氮气的反应TiC+ N2TiN+C 氮气的来源：氢气中的氮气和进入炉内的空气中的氮气。3 氢气烧结工艺的确定和选择精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 19 页名师精编精品教案氢气烧结的工艺规范内容：烧结介质、烧结温度、烧结时间、装舟量和氢气流量。（一）烧结温度1、定义：烧结过程中的最高温度。2、确定（二）推舟速度（烧结时间和冷却时间）1、定义：烧结体在高温区停留的时间。通常用推舟速度表示mm/分。2、确定（1）烧结体只有在高温下停留足够的时间才能完成致密化和形成合金特定组织结构

29、。（2）烧结时间与烧结温度在一定范围内相互补充的作用。3、氢气流量氢起在烧结过程中的作用：A、作为保护气体防止烧结体氧化；B、作为还原剂在低温烧结阶段对压坯中的氧化膜进行还原；C、作为载流气体将烧结过程中反应产生的气态物质载出炉膛；D、对离开高温带的合金起降温冷却作用。4、装舟：装舟不当，会使制品发生渗碳、脱碳、变形弯曲和起皮等废品。装舟量波动，会造成炉温波动。5、填料 ：一般分为石墨粒和氧化铝填料填料在烧结过程中的作用：A、避免烧结体出现液相后彼此发生粘结；B、利用填料的热惰性，对烧结温度起缓冲作用；C、利用填料中碳含量的可调性，控制烧结过程中烧结体内部的碳氧平衡。YG 合金采用低碳的氧化铝

30、填料0.10.2%C。YT 合金（ YT30、YT15）采用石墨粒填料， YT5、YT14 采用低碳的氧化铝填料 0.40.6%C 4 氢气烧结炉（一）结构电炉包括：炉体、进料端及推舟机构、卸料端及冷却系统、氢气系统、供电系统、温度测量与控制系统及氢气点火装置。（二）填料制备煅烧后工业氧化铝 +碳黑球磨混合（ 1.5-2小时）过筛（60-40 目）分析碳量。旧填料配制：球磨（ 0.5-1 小时）过筛（ 60-40 目）补加碳黑同上。（三）烧结炉的操作1、开炉：2、停炉：3、装舟：4、紧急情况处理（1）突然停氢时，及时关闭炉门及氢气进出口，时间较长时要降温和停止推舟。（2）突然停水时，及时断电降

31、温，停止推舟及进出舟。（3）突然停电时，各显示仪表开关回“0” ，氢气出口继续燃烧。（ 4）突然堵炉时，若舟皿破损，不停炉，及时清除破损舟皿后，继续生产；若炉管变形或异型耐火砖连接不好而妨碍推舟，需及时断电、停推、停炉进行检修。5、卸舟、喷砂清理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 19 页名师精编精品教案作用：清理合金表面粘有少量填料， 使合金表面美观和易于测定合金的真实尺寸，易于发现表面缺陷。工艺要求：（1）筛网孔径小于舟皿内的产品； （2）喷砂时压缩空气不要开的太大，以免打坏产品。 刚玉粒度为 255355um 即 6

32、040 目 （YT 白刚玉粒度 300425um 即 4835 目） 、压缩空气压力为0.20.6Mpa（YT：0.40.6 Mpa） 。5 烧结废品烧结废品是指烧结合金中，不符合标准又不能修复制品，通常为最终废品。烧结废品包括：起皮、表面脏化（臌泡或孔洞）、欠烧、过烧、渗碳、脱碳、弯曲变形、塞孔、粘结。（一）起皮 1、特征：制品边缘棱角部位出现分枝状不规则裂纹、龟裂或翘壳。轻者呈网状龟裂，重者呈小片剥落； 严重时则爆裂剥落， 在起皮部位可清楚地看到棉絮状碳黑聚积物。1、出现部位：舟皿前进端部位两侧的合金棱角处表面。舟皿前进方向 3、产生原因：在低温带气相中含碳气体浓度过高，高浓度的含碳气体进

33、入制品的薄弱部位 （制 品的棱角处往往密度较低或弹性后效严重），在钴的接触作用下，产生碳的沉淀反应：CmHnmC+n/2H2 COCO2+C 沉淀出的碳破坏合金的连续性， 造成合金起皮。 即含碳气体分解出大量游离碳是产生起皮的主要原因。4、工艺因素：（1）一带温度太高，推舟速度太快，使成型剂急剧分解、裂化CmHn浓度过大，使制品起皮。因此一带温度应控制在380420 OC （2）装舟量太大，成型剂加量过多。（3）增大氢气流量，可冲淡CmHn浓度，打开炉门烧结，可以减少起皮。（4）钴在 CmHn分解上起接触作用，因此，高钴合金容易产生起皮。（二）表面脏化（臌泡或孔洞） 1 、特征：制品内部有大小

34、不等的孔洞，并在其相应部位的表面出现凸起（臌泡） 、孔洞。 2 、原因： （1）制品内存在难还原的氧化物（还原温度在出现液相温度以上）制品迅速收缩，表面封闭，排气通路堵塞，气体在制品内形成孔洞，制品首先在表面出现液相并封闭， 还原产生气体的压力大于液相收缩阻力，故臌泡多出现在制品表层。（2）压坯内部存在隐分层，烧结时表面分界面焊合，内部分界面没有焊合，分界处气体膨胀而臌泡。 （3）烧结温度过高，液相大量外聚，产生臌泡。（三）变形、弯曲 1、特征：制品几何形状发生不规则的变化，弯曲制品在某一平面呈现某种有规律的曲面变形。 2、原因： （1）压坯密度不均匀，（2）烧结体不同部位的含碳量不同； （3

35、）装舟不合理，垫板不平。（四）欠烧（欠烧制品应返烧）特征：制品组织疏松，表面颜色发暗，无金属光泽；真空烧结制品表面呈灰精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 19 页名师精编精品教案白色，断面有较大闪亮点，并有明显的吸水现象。（五） 过烧特征：制品表面晶粒长大， 断面组织较粗， 轻者只观察到数量较多的闪光点，严重者表面有时出现膨泡或呈蜂巢状。（六）脱碳（应返烧）特征：制品表面有白色亮点或闪光条状，合金断口有银白色闪光点或呈蝌蚪形坑洼，其组织结构出现相。原因：混合料中总碳量过低，或填料中碳量过低，氢气流量过大及氢中含水量过高。（

36、七）渗碳特征：制品表面油黑发光，断面有细小的石墨点或巢形斑点，严重时用手摸制品有润滑感觉且有黑迹。原因：混合料中总碳量过高， 或填料中碳量过高， 低温带含碳气体浓度过高。（八）塞孔特征：制品的内孔被填料堵塞，引起内孔变形、尺寸超差，严重时呈现填料压痕和细小的裂纹。（九）粘结特征：制品互相粘连在一起。判断：制品粘结，轻轻敲分开后，有轻微痕迹者允许加工，严重时应判废。（十）组织不均匀特征：合金不同部位相组成不同和晶粒大小严重的不均匀分布。在合金的断口检查时发现有不正常的凸一块，凹一块；在金相检查时发现有不同长度的晶粒聚段。原因：压制前发生混料。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师

37、归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 19 页名师精编精品教案第三章真空烧结3.1 概述一、真空烧结的定义：炉内压力小于大气压条件下进行的烧结。烧结的工艺选择二、真空烧结的优点硬质合金真空烧结开始于三十年代，二战前后人们认识真空烧结主要适用于TiC 的硬质合金的烧结，不适于控碳精度高的WC Co 合金。但随着人们实践和探索的不断深入，发现真空烧结同样能改善和提高WC Co合金的质量。因此世界上许多有名的硬质合金厂家如瑞典山德维克公司和美国肯纳金属公司都采用真空烧结。 近年来我国引进项目几乎全部为真空烧结，而且真空烧结正逐渐替代氢气烧结。与氢气烧结相比，真空烧结的优点在于： （1

38、）在真空状态下，粘结金属钴对硬质相的润湿性得到改善。 （2） 在真空状态下，合金中的氧等气体杂质容易排除，因而残留孔隙较氢气烧结少。 （3）K、Na 、As、Ca 、Mn 、Al 、Mg 、Fe、Si 等微量氧化物杂质容易不同程度的排除， 从而使粘结相和硬质相以及硬质相界面间的杂质偏聚量减少。（4）炉内气氛稳定，产品不易渗碳和脱碳。 （5）真空烧结的产品不用填料隔开和保护， 产品表面无粘附物和白亮的金属铝沉积物。（6）由于真空烧结具备上述优点，以致产品质量明显提高，使用寿命延长。三、真空的一般知识1、真空与真空度真空：低于大气压的低压气体特定空间。真空度：特定低压空间气体稀薄程度。 2、真空的

39、获得：根据物理学的气体分子运动论：密闭容器中气体作用在器壁上的压强决定于单位体积内的分子数和分子的平均平动能。P=2/3nm/2V2，这样，减少容器中气体的分子数以增大气体分子的平均自由路程就能获得真空。 3、真空的测量测量真空的方法采用真空计。真空烧结采用的真空计有：真空压力表、麦克劳真空计、热电偶真空计和电离真空计。4、真空的表示方法和真空区域的划分真空状态下气体的稀薄程度往往用气体的压强表示。1Pa=1N/m2。1 巴=105 Pa=0.1Mpa，1 乇=133.322 Pa。国内通常根据低气压的不同范围， 把真空划分为如下五个区域： 粗真空：76010 乇，低真空 1010-3乇，高真

40、空 10-310-8乇，超高真空 10-810-12乇，极高真空 10-12乇。在工业实际使用中，一般把真空划分为三个区域：低真空1010-2乇、中真空 10-210-4乇、高真空 10-510-7乇根据上述划分， 硬质合金真空烧结通常属于低真空范围。一般来说为 0.1 乇0.01 乇，有时为了排气完全，在固相烧结末期也采用高真空。2 真空烧结工艺的基本过程一、真空烧结过程划分为三个阶段： 1 、第一阶段为脱蜡（胶）预烧阶段（室温800）主要作用排除石蜡（橡胶） 、吸附水及吸附气体。（550）表面低价氧化物被还原 （550-600） ， Co2O3+CCo+CO（300开始） WO3+CW+C

41、O精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 19 页名师精编精品教案（400开始） 2 、脱气阶段（ 10501200）难熔金属氧化物被还原、碳化MeO+C Me+CO MeO+C MeC+CO 2、烧结阶段：粘结金属Co的蒸发主要作用是完成致密化、再结晶、晶粒长大过程，实现组织结构调整。真空烧结的实质是在一氧化碳和钴蒸汽的低压气氛中进行的烧结过程。 4、冷却阶段二、真空烧结过程中的温度和真空度变化曲线3.3 真空烧结工艺确定一、真空度：其大小直接影响合金的脱气程度碳量变化和钴损失。 1、脱氧 MeO+C Me+CO （1）温度

42、越高，碳活化程度高，脱氧彻底；（2）真空度高，反应进行越彻底。脱气温度控制在固相烧结较高阶段10501200，保温时间 0.5 1 小时。2、钴蒸发损失：与温度、真空度、烧结时间有关。烧结温度和时间一定，真空度高，钴蒸发损失大；烧结温度高和时间长，钴蒸发损失大。3、碳量变化及调整真空度越高， 碳损失大；氧含量越高（碳氧反应以及金属氧化物被碳还原和碳化） ，脱碳越严重。CTC配碳量由 97.699.1%，碳化钨由 6.1%以下提高 6.1%以上；总碳与氢气烧结高 0.2 0.3% 二、烧结温度由于真空烧结可使液相提早出现真空能改善液相对碳化钨的润湿性以及真空下烧结体孔隙中的气体被排除，因而促进了

43、真空烧结的致密化过程。这样，与氢气烧结比较真空烧结的温度可降低50100. 根据烧结温度矫顽磁力曲线确定烧结温度三、升温速度（脱蜡胶预烧真空烧结在同一炉内进行）370400是残留石蜡的排除（橡胶排除450500）升温速度尽量慢一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 19 页名师精编精品教案些，避免产品发生裂纹。脱蜡（胶）后快速升温10501200脱氧（温度越高和真空度越高，脱氧越快） 。缓慢升温烧结并保温6090 分钟四、冷却速度方式：自然、强制（ N2、Ar、He通入气体压力 0.01 0.1MPa ）He ：冷却速度为

44、1.2 小时，价格贵。 N2：冷却速度为 1.5 小时。 Ar ：冷却性能较差，价格贵。强制冷却作用：（1）缩短冷却时间和生产周期； （2）达到晶粒控制， 强化粘结相。出炉：烧结结束后，炉温降至80，放气，打开炉门出炉。3.4 真空烧结炉一、分类：按作业方式分：间歇式、半连续式、连续式。按炉体形式分：卧式、立式。按加热方式分： 感应加热（分中频炉2500赫兹和高频炉 8000赫兹）和电阻加热（钼丝、石墨、碳棒、碳布）二、真空炉的特点1、严格的真空密封在真空炉设计中必须遵循一个基本原则，就是炉体要采用气密焊接在炉体上尽量少开或者不开孔；少采用或避免采用动密封结构，以尽量减少真空泄漏。安装在炉体上

45、的附件如水冷电极、热电偶导出装置都必须设计密封结构。2、加热与隔热材料只能在真空状态下使用3、冷却装置4、采用低电压大电流5、要求能自动化三、真空炉的真空系统必须具备的条件1、必须能迅速将炉膛抽到所须压力。 一般要求在 8-40 分钟内达到 10-110-2乇的真空度2、真空泵抽力适当，能排除整个操作周期放出的气体。3、系统的设备、仪器应便于操作、维修。检定真空系统的性能主要视系统的真空度、抽气时间和漏气率。四、真空系统对真空泵的要求1、真空泵的结构须适于使用条件。2、真空泵的真空度必须满足工艺条件所需要的真空度。真空烧结一般10-110-2乇中进行。3、所选用的真空泵必须有足够大的抽气率，保

46、证能在规定时间内把工艺过程中所产生的气体抽走。4、真空泵的连续工作时间必须满足一个工艺循环要求。真空烧结需要连续工作 12小时。真空泵的主要参数是：（1）极限压强（极限真空度）真空泵可以达到的最低压强（或最高真空度） 。（2）最大排气压强真空泵排气口所允许的最大压强，一般机械真空泵高于大气压，约为 900乇。（3）抽气速率真空泵在一定进口压强下单位时间内所抽走的气体体积。五、结构：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 19 页名师精编精品教案 1、炉体：炉体外层和内层均用不锈钢制造，炉门炉壳均为双层水冷夹套结构，炉体内径为1

47、380毫米。 2、 真空系统：由 ZJ-600 罗茨泵和 H-150 滑阀泵组成的真空机组、 电动碟阀、气动挡板阀、管路及真空规等组成。 3、加热室：加热室为矩形结构。碳毡框架由不锈钢和钢网焊制而成。隔热保温层由数层石墨碳毡组成，并固定在框架上，以石墨管作为加热元件， 并用石墨夹具固定石墨管组成的矩形笼式加热器。 4、捕蜡系统：大部分蜡蒸气在炉体内凝结收集，以免石蜡对真空系统的污染。并对相应部位进行加温，防止管道和阀门等堵塞。 5、水循环系统： 6、气动系统：作用是启闭各类型气动阀和转换开关。由气动三联件、阀及管路组成。用经净化干燥的压缩空气作为气源，气源压力不低于0.6Mpa。 7、充气系统

48、：由电磁阀开关和微调阀等组成可靠的回填充气系统和分压控制系统 8、仪表、电气控制系统：主要由加热控制、真空控制和水循环控制等系统组成。由磁性调压器、 钨铼热电偶及程序控制器组成温度检测控制系统。由真空计和可编程控制器（ PLC ）及外部器件组成真空控制系统。四、双联卧式真空烧结炉性能型号加热室尺寸mm 最高温度极限真空度Pa 工作真空Pa压力泄漏率Pa/h 炉温均匀性功率KW 加热元件mm GCA500 914 610 460 1600 0.67 10 0.67 5 240 石墨管 25.4/20 GCA300 914 305 460 1600 0.67 3 0.67 5 240 六、操作1、

49、操作2、紧急情况处理：3、常见故障产生的原因及处理4 真空密封一、真空密封主要有以下几种类型： 1、真空橡皮垫圈密封。它是一种接头密封。炉盖和凸缘之间的密封要求不高时一般采用此方法。2、金属密封。金属垫密封也只能是接头式密封。3、威尔逊密封。这种密封用于零件须前后移动或转动之处。4、弹性密性垫的套管式或半圆形顶盖密封。这种密封用于密封真空设备中的各种引入接头。二、真空检漏1、检漏部位：电极、热电偶、放气口、挡风板、脱蜡管、捕蜡器2、方法：真空检漏一般有两类方法：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 19 页名师精编精品教案A、真空检漏法。它是把被检件抽真空，并同检漏器联接在一起，在被检件外进行漏孔的检查。B、加压检漏法。它是在被检件内充入大于一个大气压的气体或液体，在被检件外进行漏孔的检查。第五章精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 19 页