热处理过程中硬质合金的相平衡

　　在我国，尽管硬质合金生产已经取得长足进步，人们已经能通过调整合金成分，改进研磨、压制、烧结工艺以及烧结以后的附加处理等方面去改善合金质量，但对硬质合金中的相的关系研究非常不足。这些相的关系，一般通过常规生产难以揭示或者尚未被生产者认识。然而它们却不同程度地影响着合金的性能，这一点在挖掘合金潜力上是值得重视的。了解和掌握这些知识对于生产高质量的硬质合金具有重要意义。

　　第一次研究Co-WC相图是Wyma和Kelley于1931年进行的[1]，而第一次研究W-Co-C相图的是Takeda于1936 年进行的[2]。到现在大量的研究已经开展，但我国有关这方面的研究较少。目前，对合金中的相平衡的认识主要有下述方面：当W/C原子比接近1时，WC和β相(含钨Co粘结相)是平衡的稳定相[3];当合金碳含量偏低于理论碳量时，将有脆性的η相出现;当碳含量高于理论碳量时，将有游离石墨析出;硬质合金的WC和β平衡两相区比较狭窄。这些认识还远远不能反映合金中复杂的相平衡和变化关系。

　　本文采用淬火法研究了硬质合金中相的变化关系，对合金中的四相平衡问题进行了研究，以期能给硬质合金行业的生产者提供一定的参考，同时，给硬质合金的基础相平衡研究工作提供一定的补充。

　　1 实验材料与方法

　　采用某硬质合金公司提供的YG8合金强度测试用长条试样，采用ZCZ-65型双室真空淬火炉进行淬火，淬火介质采用ZZ-1型淬火专用油。淬火保温时间30min。试样分为3组，分别在1200、1300 和1400℃进行淬火 (试样分别标为01#、02#和03#)，淬火后试样进行各项物理及力学性能检测，并进行金相分析。另取两组 YG8 合金强度测试用长条试样，分别在1245℃和1320℃保温1h后，在双室真空淬火炉中淬火。1245℃淬火试样(记为 05#试样)如上述进行性能分析。1320℃淬火试样(记为06#试样)用线切割机切取约0.3mm的薄片，经粗磨、精磨、抛光后在离子减薄仪上减薄穿孔，制备出透射电镜试样，进行TEM观察及物相分析。

　　2 实验结果与讨论

　　2.1 硬质合金烧结过程中的相平衡

　　将01#、02#和03#淬火试样及未处理的试样04#进行性能分析，结果见表1，其金相分析结果见图1。由表1可见，试样01#性能相对试样04#没有明显改变。而试样02#03#与试样04#相比，抗弯强度有所下降，相对磁饱和值下降较多，硬度有所上升，表明合金相成分相对平衡成分有所偏离。

　　由图1可见，与试样04#相比，试样02#和03#都不同程度地出现少量η相(图中黑色相)，这与其物理性能变化相吻合。正常碳含量的合金通过类似于淬火的方式快速冷却下来，将会出现η相这一现象已见报道[4]，在本实验中该报道得到了验证。要理解该现象，有必要了解正常碳含量合金冷却过程中相的平衡变化关系。正常碳量WC、Co平衡相区垂直截面相图(图2)，该相图由Gruter绘制[5]。由图2可见，在1280～1450℃，即使合金在正常碳含量范围，也存在一个WC、液相(L)、η相并存的区间，如果快速冷却，η相将保存下来，形成硬质合金的四相平衡相结构。目前，国内对该相图截面研究几乎没有报道，了解这一相平衡关系，将为合金生产者制定正确的烧结及热处理工艺制度提供参考。