Cr3C2含量對熱壓燒結WC基硬質合金材料的微觀組織和力學性能有哪些影響？
通過改變Cr3C2的添加量，制備了一系列不同含量的WC-Cr3C2硬質合金樣品。采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡和力學性能測試等方法對樣品進行了表征和分析。
實驗結果表明，Cr3C2含量對硬質合金的晶粒尺寸、相組成、硬度和彎曲強度等性能具有顯著影響。在一定範圍内，适量的Cr3C2添加可以改善硬質合金的力學性能，提高其應用價值。
一、引言
WC基硬質合金是一種重要的結構材料，具有優異的硬度、耐磨性和高溫穩定性等特點，在機械、切削和礦業等領域得到廣泛應用。為了進一步提高硬質合金的性能，引入适量的添加劑成為一種有效的政策之一。
Cr3C2是一種常用的添加劑，具有高熔點、高硬度和優異的耐磨性。是以，研究Cr3C2含量對硬質合金性能的影響具有重要意義。
二、實驗方法
1. 樣品制備
以WC和Co粉末為基礎材料，按照一定的配比加入不同含量的Cr3C2粉末。将混合粉末放入球磨罐中進行幹法球磨，得到均勻的粉末混合物。随後，将混合粉末填充至石墨模具中，并在真空條件下進行熱壓燒結。
2. 樣品表征
通過X射線衍射分析，确定硬質合金中相的組成和結構。掃描電子顯微鏡觀察樣品的微觀組織特征和晶粒尺寸。利用顯微硬度儀對樣品進行硬度測試。同時，進行三點彎曲測試，測量樣品的彎曲強度。
三、結果與讨論
1. 微觀組織特征
随着Cr3C2含量的增加，硬質合金的微觀組織發生了變化。低Cr3C2含量時，合金中主要為WC相，晶粒較大且分布均勻。随着Cr3C2含量的增加，Cr3C2相逐漸增多，晶粒尺寸減小且分布變得更加均勻。适量的Cr3C2添加可以有效抑制晶粒長大，提高硬質合金的緻密性和硬度。
2. 硬度和彎曲強度
随着Cr3C2含量的增加，硬質合金的硬度呈先增加後減小的趨勢。當Cr3C2含量為最佳添加量時，硬質合金的硬度達到最大值。這是由于适量的Cr3C2添加可以形成均勻的分散相，增加了晶界的強化效應，進而提高硬質合金的硬度。
然而，當Cr3C2含量過高時，添加相過多會導緻晶界的粗化和燒結不良，進而降低硬質合金的硬度。
類似地，硬質合金的彎曲強度也受到Cr3C2含量的影響。随着Cr3C2含量的增加，彎曲強度呈先增加後減小的趨勢。适量的Cr3C2添加可以增強硬質合金的韌性和抗彎曲性能。然而，過高的Cr3C2含量會導緻晶界的脆化和材料的脆性斷裂。
四、影響機制
1. 晶粒細化效應
Cr3C2的添加可以促進晶粒細化的效應。當Cr3C2粒子分散在WC基質中時，它們可以作為晶界和孔隙的核心，限制晶粒的長大。
此外，Cr3C2粒子與WC基質形成界面，通過界面應力的引入，限制了晶粒的遷移和聚合。是以，随着Cr3C2含量的增加，晶粒尺寸減小，晶界面積增加，進而提高了材料的強度和硬度。
2. 相變和相組成的變化
随着Cr3C2含量的增加，硬質合金中的相組成發生變化。低Cr3C2含量時，主要存在WC相，而高Cr3C2含量時，Cr3C2相的含量增加。這種相變和相組成的變化會影響硬質合金的力學性能。
WC相具有高硬度和優異的耐磨性，而Cr3C2相則具有較高的韌性。适量的Cr3C2添加可以使WC和Cr3C2相之間形成良好的互相作用，提高硬質合金的綜合性能。
3. Co相的分布和作用
Co相是WC基礎合金中的粘結相，起到粘結和增塑的作用。Cr3C2的添加可以改變Co相的分布和作用。适量的Cr3C2添加可以阻礙Co相的團聚和晶界擴散，進而增強了粘結相的強化效應。然而，當Cr3C2含量過高時，會導緻Co相過多聚集在晶界，形成過厚的粘結相層，降低硬質合金的硬度和強度。
五、結論
本文研究了Cr3C2含量對熱壓燒結WC基硬質合金材料微觀組織和力學性能的影響。實驗結果表明，适量的Cr3C2添加可以顯著影響硬質合金的微觀組織和力學性能。
适量的Cr3C2含量可以促進晶粒細化，改善相組成和分布，增強粘結相的強化效應，進而提高硬質合金的硬度和彎曲強度。然而，過高的Cr3C2含量可能導緻晶界的粗化和Co相的聚集，降低硬質合金的性能。
在未來的研究中，可以進一步探究Cr3C2含量對硬質合金其他性能名額的影響，如抗磨損性能、耐腐蝕性能等，并結合合金的制備工藝和工程應用要求，優化硬質合金的組織和性能。此外，可以探索其他添加元素和合金化處理對硬質合金性能的調控，以滿足不同領域的需求。
