硬質(zhì)合金球燒結(jié)工藝是將難熔金屬碳化鎢（WC）與鈷（Co）等粘結(jié)金屬粉末，通過粉末冶金方法制成高性能硬質(zhì)合金球的關(guān)鍵過程，其核心在于通過精確控制燒結(jié)溫度、時(shí)間、氣氛及壓力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)粉末顆粒間的致密化結(jié)合，形成具有優(yōu)異力學(xué)性能的合金組織。
一、工藝原理
硬質(zhì)合金球燒結(jié)屬于典型的液相燒結(jié)過程。在燒結(jié)溫度下，粘結(jié)金屬（如鈷）熔化形成液相，而碳化鎢等硬質(zhì)相保持固態(tài)。液相的流動(dòng)和毛細(xì)管力促使固態(tài)顆粒重新排列，實(shí)現(xiàn)致密化。同時(shí)，通過溶解-再析出機(jī)制，碳化鎢顆粒逐漸長(zhǎng)大并形成均勻的組織結(jié)構(gòu)。冷卻后，液相凝固，將硬質(zhì)相顆粒牢固地結(jié)合在一起，形成具有高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性的硬質(zhì)合金球。
二、關(guān)鍵階段
硬質(zhì)合金球燒結(jié)過程通常分為四個(gè)階段：
1. 脫除成型劑及預(yù)燒階段：在此階段，成型劑（如蠟或膠）逐漸分解或汽化并排出燒結(jié)體。同時(shí)，粉末表面氧化物被還原，粘結(jié)金屬粉末開始產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶，表面擴(kuò)散開始發(fā)生，壓塊強(qiáng)度有所提高。
2. 固相燒結(jié)階段：在出現(xiàn)液相以前的溫度下，固相反應(yīng)和擴(kuò)散加劇，塑性流動(dòng)增強(qiáng)，燒結(jié)體出現(xiàn)明顯的收縮。
3. 液相燒結(jié)階段：當(dāng)燒結(jié)體達(dá)到共晶溫度時(shí)，出現(xiàn)液相。液相的流動(dòng)和WC顆粒重排促使燒結(jié)體迅速致密化。隨后，WC顆粒在液相中溶解并析出，形成均勻的組織結(jié)構(gòu)。
4. 冷卻階段：在冷卻過程中，合金的組織和相成分隨冷卻條件的不同而產(chǎn)生某些變化。通過控制冷卻速度，可以獲得所需的組織結(jié)構(gòu)和性能。
三、工藝參數(shù)
硬質(zhì)合金球燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)最終產(chǎn)品的性能具有決定性影響。主要參數(shù)包括：
1. 燒結(jié)溫度：通常高于粘結(jié)金屬的熔點(diǎn)（如鈷的熔點(diǎn)為1495℃），但低于硬質(zhì)相的熔點(diǎn)。燒結(jié)溫度的選擇需根據(jù)合金成分和性能要求進(jìn)行調(diào)整。
2. 保溫時(shí)間：保溫時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響燒結(jié)體的致密化程度和晶粒大小。過長(zhǎng)的保溫時(shí)間可能導(dǎo)致晶粒粗大，降低合金的強(qiáng)度和硬度。
3. 升溫速度：升溫速度過快可能導(dǎo)致燒結(jié)體內(nèi)部應(yīng)力增大，產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此，需根據(jù)燒結(jié)體的尺寸和形狀選擇合適的升溫速度。
四、氣氛控制
燒結(jié)氣氛對(duì)硬質(zhì)合金球的質(zhì)量具有重要影響。主要?dú)夥疹愋桶ǎ?/p>
1. 氫氣氣氛：氫氣具有還原性，可以還原粉末表面的氧化物，促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行。但氫氣中可能含有的水分會(huì)導(dǎo)致WC脫碳，影響合金的性能。
2. 真空燒結(jié)：真空燒結(jié)可以提高爐內(nèi)氣氛的純度，減少有害雜質(zhì)對(duì)合金質(zhì)量的影響。同時(shí)，真空環(huán)境有利于固體表面的凈化，改善粘結(jié)相對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性。
3. 其他氣氛：如分解氨、氮基氣氛等，也可用于硬質(zhì)合金球的燒結(jié)過程，但需根據(jù)具體合金成分和性能要求進(jìn)行選擇。
五、特殊工藝
為了提高硬質(zhì)合金球的性能，還可以采用一些特殊工藝，如：
熱等靜壓：在燒結(jié)過程中施加等靜壓力，可以進(jìn)一步消除燒結(jié)體中的殘留空隙，提高合金的致密性和強(qiáng)度。
燒結(jié)-熱等靜壓復(fù)合工藝：結(jié)合燒結(jié)和熱等靜壓的優(yōu)點(diǎn)，先進(jìn)行常規(guī)燒結(jié)，再進(jìn)行熱等靜壓處理，可以獲得性能更加優(yōu)異的硬質(zhì)合金球。
