硬度方面
碳含量不足(炭黑添加量少):当硬质合金中炭黑添加量过少时,会出现脱碳现象。例如在 WC - Co 硬质合金中,碳含量不足可能导致 WC 相部分分解,形成 W₂C 等其他相。W₂C 的硬度低于 WC,而且这种分解会破坏合金原有的组织结构,使得硬质合金的硬度下降。同时,由于碳含量不足,合金在烧结后的致密度可能也会受到影响,孔隙增多,进一步降低硬度。
碳含量合适:当炭黑添加量合适时,能够保证硬质合金中的碳化物相(如 WC)稳定存在,并且烧结过程中可以形成良好的组织结构。合金的致密度较高,颗粒之间结合紧密,使得硬质合金具有较高的硬度。例如,在一些高性能的切削刀具用硬质合金中,合适的碳含量可以使其硬度达到 HRA89 - 93 左右,能够有效地切削硬度较高的金属材料。
碳含量过高(炭黑添加量多):如果炭黑添加量过多,合金中会出现游离碳。游离碳的存在会降低硬质合金的硬度。因为游离碳比较软,它的存在会使合金在承受外力时,容易在游离碳周围产生应力集中,从而降低合金整体的硬度。同时,过多的碳还可能导致碳化物相的长大,使得合金的组织结构变粗,也会对硬度产生不利影响。
韧性方面
碳含量不足:碳含量不足会导致合金的韧性降低。因为脱碳过程中形成的不稳定相或者组织缺陷,会使合金在受到外力冲击时,容易产生裂纹并扩展。例如在一些承受冲击载荷的硬质合金模具中,碳含量不足会使模具在使用过程中容易出现崩刃等损坏现象,降低其使用寿命。
碳含量合适:合适的炭黑添加量可以使硬质合金具有良好的韧性。此时,合金中的碳化物相和粘结金属相(如 Co)之间能够达到良好的平衡。粘结金属可以有效地将碳化物颗粒粘结在一起,并且在受到外力时,能够通过一定的塑性变形来吸收能量,防止裂纹的快速扩展,从而提高合金的韧性。
碳含量过高:当炭黑添加量过多时,除了硬度降低外,韧性也会受到影响。过多的游离碳会干扰粘结金属相的正常分布和作用,使粘结金属不能很好地发挥其粘结和缓冲的功能。而且,过多的碳还可能导致合金组织不均匀,在内部产生应力集中点,从而降低合金的韧性。
耐磨性方面
碳含量不足:耐磨性与硬质合金的硬度和组织结构密切相关。碳含量不足时,由于硬度下降和组织缺陷,合金在与其他物体摩擦过程中,容易产生磨损。例如在切削刀具应用中,碳含量不足的硬质合金刀具在切削过程中,刃口容易磨损,导致刀具的使用寿命缩短。
碳含量合适:合适的炭黑添加量能保证合金具有良好的耐磨性。此时合金的硬度较高,碳化物相能够有效地抵抗摩擦过程中的磨损。而且良好的组织结构使得合金在磨损过程中,不会轻易出现剥落等现象,能够长时间保持其切削或耐磨性能。
碳含量过高:碳含量过高时,由于游离碳的存在和硬度的降低,合金的耐磨性会下降。在摩擦过程中,游离碳容易被磨掉,并且由于整体硬度降低,合金抵抗磨损的能力也变弱。