用冷等静压检测WC-Co合金收缩系数的探究

肖 科,吴 翔,廖 军

(自贡硬质合金有限责任公司,四川自贡643000)

用冷等静压检测WC-Co合金收缩系数的探究

肖 科,吴 翔,廖 军

(自贡硬质合金有限责任公司,四川自贡643000)

探索了冷等静压处理WC-Co合金的压制品尺寸与其烧结品相应尺寸之间的对应关系(下面简称合“金检验收缩比“)、影响它们之间对应关系的主要因素,进而探究用冷等静压检测WC-Co合金收缩系数的可行性。试验结果表明:在合金牌号、混合料松装密度和冷等静压工艺相同的情况下,压制品密度对合金检验收缩比没有影响;在合金牌号、压制品密度和冷等静压工艺相同的情况下,合金检验收缩比随着其混合料松装密度的增大而减小,但变化率仅0.5%左右;在冷等静压处理工艺相同的情况下,合金的检验收缩比随着合金WC相晶粒度增大而减小。因此,可以通过冷等静压处理品的尺寸和合金检验收缩比,计算出烧结品尺寸,从而不用试烧即能确定合金收缩系数。

冷等静压;收缩系数;压制品;WC-Co合金

1 引言

冷等静压成型技术是将待压试样置于高压容器中,利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质,从各个方向对试样进行均匀加压。当液体介质通过压力泵注入压力容器时,根据流体力学原理,其压强大小不变且均匀地传递到各个方向,此时高压容器中的试样在各个方向上受到压力是均匀的和大小一致的[1-2]。

压制生产中,压模质量的另一个重要参数是收缩系数(即压制品尺寸与烧结品相应尺寸的比),对产品尺寸精度影响很大。由于压制品各个部位和各个方向的密度不一致,烧结时密度大的部位收缩小,密度小的部位收缩大,因此,在大批生产前必须通过试压试烧,确定压制品各个部位和方向上的收缩系数[3]。利用冷等静压处理的压制品密度均匀一致且密度较高[4]以及压力达到一定程度后粉末颗粒间的空隙逐渐减少的特点[5],来检测压制品各个部位和各个方向上的收缩系数,找出合金检验收缩比。只要摸清了检验收缩比,就可以计算出烧结品尺寸,从而得到合金的收缩系数,进而实现合金压制品经冷等静压处理而得其各个部位和方向上的收缩系数。通过下面实验来探究检验收缩比与合金压制品密度、混合料松装密度、硬质相晶粒度的关系。

2 实验

2.1 混合料

选择A、B牌号硬质合金作为实验对象。通常按硬质相晶粒度把WC-Co合金分为粗晶粒合金(WC相大于2.0μm)、中晶粒合金(大于或等于1.2且小于2.0μm)、细晶粒合金(大于或等于0.8且小于1.2μm)[6]。A牌号特性是:WC-6%Co、WC相平均晶粒度1.0μm、密度14.83g/cm3～15.03g/cm3。B牌号特性是:WC-8%Co、WC相平均晶粒度1.2μm～1.6μm、密度14.62g/cm3～14.82g/cm3。A、B牌号硬质合金的混合料均是自贡硬质合金有限责任公司,采用滚动球磨、喷雾干燥工艺生产的,成型剂是石蜡。A、B牌号硬质合金混合料的松装密度均选用3.0g/cm3、3.2g/cm3、3.4g/cm3的。

2.2 试样压制

选用内型腔直径为80mm的棒材模具,用同一个限止器控制压坯高度,用精度为0.1 g的电子秤称量单重,手工在悬臂单柱液压机上压制。压制满足表1要求的压制品各4件。

表1 试样技术要求

2.3 冷等静压处理

取1#～12#编号的压制品各2件,用安全套包裹密封后,置于冷等静压机内,按固定程序升压至100Mpa,保压2min～3min,取出压制品,用带表卡尺(精度为0.01mm)测量压制品尺寸。

2.4 烧结

将剩下的未经冷等静压处理的压制按牌号分类装在一个舟皿上,并在同炉次烧结,先在H2载气炉烧结至1 320℃、保温30min,再在低压炉烧结至1 405℃、保温90min。

2.5 检测方法

试样的全部尺寸采用带表卡尺检测(精度为0.01mm);合金性能满足合金牌号设计要求。

3 结果与讨论

3.1 压制品密度对A、B牌号合金检验收缩比大小的影响

合金检验收缩比计算公式:检验收缩比等于经冷等静压处理的压制品尺寸除以同编号烧结品相应尺寸。从表2实验结果看,1#与4#压制品混合料松装密度及牌号相同,单重不同(即压制品密度不同),但其检验收缩比一样;2#与5#压制品混合料松装密度及牌号相同,单重不同,但其检验收缩比相近;3#与6#压制品混合料松装密度及牌号相同,单重不同,但其检验收缩比相近。因此,压制品密度对A牌号合金的检验收缩比大小无影响。从表3实验结果看,7#与10#压制品混合料松装密度、牌号相同,单重不同,但其检验收缩比相等;8#与11#压制品混合料松装密度、牌号相同,单重不同,但其检验收缩比相等;9#与12#压制品混合料松装密度、牌号相同,单重不同,但其检验收缩比相近。因此,压制品密度对B牌号合金的检验收缩比大小无影响。因为冷等静压压力一样的情况下,密度大的压制品收缩小、密度小的压制品收缩大,压制品在烧结时亦然,即压制品经冷等静压处理后尺寸与其经过烧结后相应尺寸同步变小,所以压制品密度对A、B牌号合金的检验收缩比没有影响。

表2 A牌号WC-Co合金检验收缩比

表3 B牌号WC-Co合金检验收缩比

3.2 混合料松装密度对A、B牌号合金的检验收缩比的影响

从表2实验结果看,单重相同的A牌号的1#、2#、3#合金检验收缩比随着混合松装密度的增大而减小;单重相同的A牌号的4#、5#、6#合金检验收缩比随着混合松装密度的增大而减小,但变化率很小,混合料松装密度每增大0.2g/cm3,合金检验收缩比减小0.001。

从表3实验结果看,单重相同的B牌号的7#、8#、9#合金检验收缩比随着混合松装密度的增大而减小;单重相同的B牌号的10#、11#、12#合金检验收缩比随着混合松装密度的增大而减小,但变化率很小,混合料松装密度每增大0.2g/cm3,合金检验收缩比减小0.001。

较大混合料松装密度的压制品内空隙较大,用同样的冷等静压压力处理后,其收缩会较大些,处理后的压制品尺寸较小,但其在烧结后的尺寸与其混合料松装密度无关,只与压制品密度有关。因此,出现上述A、B牌号合金检验收缩比随着混合松装密度的增大而减小,但变化率很小。

3.3 合金WC相晶粒度对其检验收缩比的影响

由表2、3实验结果可知,A牌号合金单重、松装密度在一定范围内,其检验收缩比都在1.207～1.21之间波动;B牌号合金单重、松装密度在一定范围内,其检验收缩比都在1.203～1.205之间波动;A牌号合金WC相晶粒度0.6μm～1.0μm、B牌号合金WC相晶粒度1.0μm～1.6μm。由此可推断,WC相晶粒度小的合金的检验收缩比平均值比WC相晶粒度大的合金大。

4 结论

(1)在合金牌号、混合料松装密度和冷等静压工艺相同的前提下,密度差的压制品经冷等静压处理后尺寸减幅较大,其烧结品尺寸亦然,所以,压制品密度对WC-Co合金的检验收缩比没有影响。

(2)在合金牌号、密度和冷等静压工艺相同的前提下,WC-Co合金检验收缩比随着其混合料松装密度的增大而减小,但变化率很小,在产品尺寸精度要求不高的情况下,可以忽略。

(3)在冷等静压处理工艺相同的前提下, WC-Co合金的检验收缩比随着合金WC相晶粒度增大而减小。

综上所述,可以通过积累不同牌号合金的检验收缩比,将压制品经冷等静压处理后,测量其尺寸,然后根据各牌号合金检验收缩比,计算出烧结品尺寸,从而不用试烧即能确定压制品收缩系数。

[1] 朱志斌.田雪冬.等静压技术的应用与发展[J].现代技术陶瓷,2010(1).

[2] 李鄂民.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2001.6.

[3] 陈楚轩.硬质合金质量控制原理[Z].自贡:中国钨业协会硬质合金分会 自贡硬质合金有限责任公司,2008.209.

[4] 江崇经.冷等静压技术的应用[J].西安:电瓷避雷器,1994.4.

[5] 江崇经.湿袋法冷等静压成型工艺[J].西安:电瓷避雷器,1995.3.

[6] 周盛安.硬质合金制造工艺学[Z].自贡:自贡硬质合金有限责任公司,2005.147.

By Exploring Cold Isostatic Pressure Detection of WC-Co Alloy Contraction Coefficient

XIAO Ke,WU Xiang,LIAO Jun
(Zigong cemented carbide Co.,Ltd.,Zigong 643000,Sichuan China)

To explore the relationship between cold isostatic pressing of WC-Co alloy compacts sintered product dimension and the corresponding size(the following referred to as alloy test contraction ratio),And the main factors affecting the relationship between them,The feasibility of using cold isostatic pressing and explore the detection of WC-Co alloycontraction coefficient.The test results show that the:In the alloy,mixture loose loading density and cold isostatic pressing process under the same,Pressure products density shrinkage ratio has no effect on the alloy test; In the alloy,pressure product density and cold isostatic pressing process under the condition of the same,Alloy contraction ratio with inspection of the mixture increased bulk density decreases, But the change rate of only about 0.5%;In the case of cold isostatic pressing process under the same,Alloy contraction ratio with the inspection of alloy WC phase grain size decreases;Therefore,by cold isostatic pressing size and alloy test processing products of contraction ratio,calcu-late the sintering product dimensions,so don't try to burn that is able to determine the alloycontraction coefficient.

cold isostatic pressing;the contraction coefficient;pressure products;WC-Co alloy

TF135

:A

1001-5108(2015)04-0067-04

肖科,助理工程师,主要从事粉末冶金压制成型技术工作。