如何通過調(diào)整燒結(jié)時間來優(yōu)化硬質(zhì)合金刀具的原始組織結(jié)構(gòu)？

來源：發(fā)布時間：2024-10-24

1. **理解燒結(jié)時間對組織結(jié)構(gòu)的影響機制**

- 在燒結(jié)過程中，隨著時間的推移，粉末顆粒之間會發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化。初期，主要是顆粒的重排和接觸點的形成，使得孔隙減小。隨后，原子開始在顆粒間擴散，促進了硬質(zhì)相和粘結(jié)相的融合。例如，在WC - Co硬質(zhì)合金燒結(jié)中，Co粘結(jié)相在一定溫度下會逐漸擴散到WC硬質(zhì)相之間，填充孔隙并加強顆粒間的結(jié)合。

- 如果燒結(jié)時間過短，原子擴散不充分，顆粒間的結(jié)合就不夠緊密，會導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率較高。而燒結(jié)時間過長，雖然能使顆粒結(jié)合更緊密，但可能會引起晶粒長大。因為在長時間的高溫環(huán)境下，晶界會發(fā)生遷移，小晶粒合并成大晶粒，使晶界減少，從而降低刀具的硬度和韌性。

2. **確定合適燒結(jié)時間的依據(jù)**

- **刀具材料成分**

- 不同的硬質(zhì)合金成分對燒結(jié)時間的要求不同。對于WC - Co硬質(zhì)合金刀具，由于WC的高熔點和Co的良好粘結(jié)性，一般燒結(jié)時間在30 - 60分鐘之間。如果是WC - TiC - Co硬質(zhì)合金，因為TiC的存在增加了材料的穩(wěn)定性，可能需要稍微延長燒結(jié)時間，大概在40 - 70分鐘，以確保TiC與WC和Co充分融合，形成均勻的組織結(jié)構(gòu)。

- **刀具尺寸和形狀**

- 刀具的尺寸大小和形狀復(fù)雜程度也會影響燒結(jié)時間。大型刀具由于熱量傳遞到中心部分需要較長時間，燒結(jié)時間應(yīng)適當(dāng)延長。例如，對于直徑較于20mm）的硬質(zhì)合金銑刀，相比小型鉆頭，燒結(jié)時間可能需要增加10 - 20分鐘。形狀復(fù)雜的刀具，如帶有復(fù)雜刃型或內(nèi)部有冷卻通道的刀具，其不同部位的粉末堆積密度和熱傳遞情況不同，也需要適當(dāng)延長燒結(jié)時間，以保證各處都能充分燒結(jié)。

3. **實驗優(yōu)化燒結(jié)時間的方法**

- **硬度測試法**

- 可以在固定燒結(jié)溫度、氣氛和其他條件下，改變燒結(jié)時間進行實驗。例如，在1400℃的真空燒結(jié)環(huán)境中，對WC - Co硬質(zhì)合金刀具分別進行30分鐘、40分鐘、50分鐘、60分鐘的燒結(jié)實驗。然后使用洛氏硬度計或維氏硬度計測試刀具的硬度。觀察硬度隨燒結(jié)時間的變化曲線，當(dāng)硬度達到峰值后開始下降時，說明燒結(jié)時間過長導(dǎo)致了晶粒長大，從而確定硬度比較好時對應(yīng)的燒結(jié)時間范圍。

- **密度測量法**

- 通過測量刀具燒結(jié)后的密度來評估燒結(jié)時間是否合適。采用阿基米德原理，用排水法等方法測量不同燒結(jié)時間下刀具的密度。隨著燒結(jié)時間的增加，刀具密度會逐漸增大，當(dāng)密度變化趨于平緩時，說明孔隙率已經(jīng)較低，組織結(jié)構(gòu)較為致密。但如果密度在某一燒結(jié)時間后開始下降，可能是因為晶粒長大導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)疏松，以此來確定合適的燒結(jié)時間區(qū)間。

- **微觀結(jié)構(gòu)觀察法**

- 利用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡（SEM）觀察刀具的微觀組織結(jié)構(gòu)。在不同燒結(jié)時間下，觀察晶粒大小、孔隙分布等情況。在合適的燒結(jié)時間下，晶粒應(yīng)該大小均勻，孔隙較少且分布均勻。當(dāng)發(fā)現(xiàn)晶粒明顯長大或孔隙增多時，就需要調(diào)整燒結(jié)時間。例如，通過SEM圖像可以清晰地看到WC晶粒在不同燒結(jié)時間下的生長情況，從而確定既能保證致密結(jié)構(gòu)又能控制晶粒生長的比較好燒結(jié)時間。