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由于传统粉末冶金制备WC系硬质合金的工艺复杂,流程长,耗能大,成本高,并且WC颗粒具有本质遗传性,本文采用自耗电极直流电弧原位冶金技术,在Al2O3耐火材料管内制备出了块体WpC复合材料。采用XRD、SEM、EPMA、EDS等对WpC复合材料的物相组成、组织结构和成分进行了分析;采用洛氏硬度计和显微硬度计对其进行硬度测试;采用磨损试验机对其进行耐磨性测试。 组织分析结果标明,制备的WpC复合材料,因Al2O3耐火材料管保温效果好,在内部成型时降温速度慢,组织致密均匀。WpC复合材料的相组成为WC、W2C、M6C(F3W3C)、(Cr、Fe)7C3,硬质相分布均匀。规则三角形或矩形的WpC晶粒发育完整,最大三角形晶粒尺寸达到70μm。 从热力学角度研究了W粉和C粉原位冶金时可能形成的物相。在自耗电极直流电弧的作用下,WC原位反应成核后,在熔体中以小平面的形式结晶生长。由于界面能的不同导致各晶面的生长速度不同,最终使得WC结晶时具有层片状的结构特点。 制备的WpC复合材料的宏观硬度达到HRA84以上,平均显微硬度为1290HV0.2。对WpC复合材料的内部不同组织进行显微硬度分析发现:WpC相的平均显微硬度最高,为2253HV0.2;Fe3W3C硬度也较高,平均显微硬度达到1123HV0.2。 干滑动磨损时,在摩擦速度(400r/min)和载荷(200N)一定的条件下,随时间延长,WpC复合材料试样抗干滑动磨损性能均优于YG13C硬质合金;在相对摩擦速度为400r/min和磨损时间为2h的条件下,载荷为200N和250N时,WpC复合材料试样的耐磨性略高于YG13C,载荷为300N时两个试样的磨损量相差无几。磨粒磨损中,在转速为400r/min,磨损时间为25min的条件下,载荷为100N和125N时,WpC复合材料试样的耐磨性较好,而当载荷增加到150N后,WpC复合材料试样的失重超过YG13C。在较低载荷作用下,WpC复合材料显示出优良的耐磨粒磨损性能。