硬質合金球在製作過程中，滲碳後的硬質合金球的表面硬度高於未經過滲碳的燒結態硬質合金的硬度；隨著滲碳時間增加，合金的表面硬度值先增大後減小。其原因在於硬質合金球在滲碳處理過程中，在其內部形成了鈷的梯度分佈，表面的鈷含量降低，從而導致合金的表面硬度增大，相應地提高了合金的耐磨損性能。在滲碳處理過程中，隨著滲碳時間的延長，合金表層的WC晶粒有長大的趨勢，晶粒的長大將會使得合金的硬度降低，適當的梯度層厚度對提高合金的性能非常有利。

滲碳後形成梯度的硬質合金球的抗彎性能明顯優於燒結態的均勻的硬質合金球。材料的抗彎強度主要取決於WC晶粒的大小和鈷相厚度。在燒結過程中，隨著溫度的升高，WC晶粒逐漸長大，晶粒的比表面積減小，從而晶粒與晶粒之間的接觸面也減小，燒結體斷裂時的路徑縮短，加速燒結體發生斷裂；反之，WC晶粒越小，材料的斷裂過程中斷裂的路徑越長，增加了斷裂面積，有利於阻止材料發生斷裂。故過長時間的滲碳由於易於引起表面WC晶粒的過分長大，加速了硬質合金球斷裂的萌生，導致其橫向斷裂強度的下降。




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硬質合金球由於具有拋光性好、能量消耗低、化學性能穩定、耐磨、耐高溫、耐腐蝕，及可回收利用等優良特性，使其在石油鑽探抽油、制筆等領域被廣泛應用。

硬質合金球材料在滲碳初期階段，隨著滲碳時間的增加，硬質合金球材料的橫向斷裂強度值也相應的逐漸增加，滲碳達到一定時間以後，硬質合金球材料的橫向斷裂強度開始隨著滲碳時間的增加而減小。這主要是因為，在滲碳處理初期，隨著硬質合金梯度結構厚度的增加，硬質合金的橫向斷裂強度逐漸增大，但是當硬質合金球的梯度結構厚度超過一定值時，此時硬質合金芯部WC+Co+η三相區域過小，反而不利於合金的橫向斷裂強度的提高，為了獲得良好的綜合力學性能的硬質合金球，適當大小的WC+Co+η三相區域是非常重要的。




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粉末冶金鎢坩堝廣泛用於稀土行業，主要用來冶煉和電解制取稀土金屬及其氧化物，鎢坩堝的使用壽命比鉬坩堝等其他坩堝的長，而且更耐腐蝕，應用領域十分廣泛。粉末冶金生產的鎢坩堝底部易開裂，該壓坯狀況受到不同粉末及配料的影響。

表1 不同粉末及配；料對鎢坩堝壓坯狀況的影響

1# 粉是整形時切削下的或壓制廢品經破碎後孔徑為85μm的篩的粉末。從以上表格可以看出採用後兩種粉末時，壓坯不會出現裂紋，但由於考慮到尺寸的均勻性及成本的降低，實際生產中較多地使用1# 粉+2# 粉（配料比例1:3），經由生產實踐表明，非單一粒度組成的粉末壓制性較好，因為這時小顆粒容易填充到大顆粒之間去，壓坯強度和密度都會增加，彈性後效減小，容易得到高密度的合格壓坯。


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鎢坩堝（英文名稱：tungsten crucibles）是金屬鎢製品之一，主要分為燒結成型（應用到粉末冶金技術），衝壓成型，旋壓型。利用鎢棒車削加工成型（一般尺寸比較小），焊接成型多種，採用純鎢板，鎢片和純鎢棒經相應的工藝加工而成。由於鎢坩堝具有熔點沸點高，高溫強度好，抗磨耐腐蝕，熱傳導率大，熱膨脹係數小，淬透性而被廣泛應用于藍寶石單晶生長爐之中。

縱使鎢坩堝有一系列的特性，然而在藍寶石高強度的工作下，會導致鎢坩堝失效。導致鎢坩堝失效的原因有很多，除了熱映了及機械損傷外，裂紋滲透液是重要的原因之一。裂紋滲透主要指的是鎢坩堝工作過程中，三氧化二鋁溶液侵入和填充到坩堝的裂紋中，因為兩者的物理，化學和力學性能等不盡相同，會使得原有的裂紋擴展而不斷滲透，最終導致鎢坩堝失效。




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硬質合金球一般是在惡劣的環境中工作。硬質合金球具有很高的硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及耐高溫等，因此主要應用於抽油泵、火電廠水除灰排渣系統、流體密封用旋轉球等配件中。

硬質合金球在1440℃氣壓燒結60min後再於1400℃經過不同時間滲碳處理，在同樣的製備工藝下，隨著碳含量的減少梯度硬質合金的橫向斷裂強度明顯降低，碳含量為5.5%左右的原料粉末製備出的梯度硬質合金橫向斷裂強度，遠遠高於其他兩種碳含量的原料粉末製備出的梯度硬質合金橫向斷裂強度。其原因在於碳含量影響合金的緻密化和液相出現溫度等。缺碳程度過高，液相出現溫度升高，相當於降低了燒結溫度，因此在相同的燒結條件下，其滲碳前軀體的緻密化程度不高，存在較多的孔隙。此外，提高碳含量會增大W和C在鑽相中的固溶度，部分強化了Co，有利於提高其斷裂強度。




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脫碳硬質合金球經過滲碳處理以後，在其表層和次表層形成成分和組織梯度分佈的特徵區域。滲碳處理過程中，硬質合金球置於通有流動氫氣的碳黑中，形成了一個具有滲碳能力的氣氛。升溫過程中，氫氣首先與填料中的碳黑反應生產甲烷氣體，然後甲烷氣體裂解生產活性的碳原子，然後通過合金的表面向合金的內部擴散。活性碳原子向合金表面層擴散，使得表層的碳含量高於內部，而硬質合金球的碳含量的升高會降低合金的液相形成溫度，故硬質合金球的表層先於內部出現液相；溶解在液相中的碳原子借助液相向內擴散，與幾相接觸發生幾相分解反應，使得反應區的幾相消失而形成劄和鈷相，液相含量隨之增大。

同時，為了降低體系的自由能，在表層液相中碳濃度梯度的作用下，幾相分解出的W原子借助於液相向表層遷移而與溶解於液相中的C原子結合形成WC，使得表層的W含量增加，並遵循硬質合金球液相燒結的溶解一析出規律而在試樣表層顆粒較粗的WC上析出，導致表面的WC晶粒長大。W向外層遷移的結果是反應區形成了體積缺陷。

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在製作硬質合金球過程中，在各滲碳溫度下，硬質合金球的梯度層厚度均隨滲碳時間的增加而增加，這可以理解為由滲碳氣氛中擴散進來的總碳量隨時間延長而增大，可以分解更多的幾相，梯度層厚度也就自然地增加了。但是，硬質合金球表層的WC晶粒因碳含量的增加和滲碳時間的延長而長大，以及表層鈷相含量的減少，會引起合金的擴散通道減少，單位時間內向內部擴散的碳原子數量減少，相當於減慢了幾相的分解速度。因此，隨滲碳時間延長，硬質合金球梯度層厚度的增幅會減緩。

短時滲碳時由於碳擴散量有限，僅使表層較窄範圍內的幾相發生分解，因此富鈷區鈷濃度不高。隨著滲碳時間延長，碳擴散使得合金一定厚度處的幾相分解，析出的CO相由於液相遷移而聚集在兩相區與三相區之間，時間越長富鈷層離表層越遠，即梯度層厚度增大，且鈷濃度越高。因此，對於不同尺寸的合金塊體，隨著滲碳時間的增加，最後可能會出現幾相完全消失的現象。因此，控制工藝適當，可以制取少或無幾相的鈷呈梯度分佈的硬質合金，表層Co含量低，芯部Co含量高，這樣其表層硬度高、耐磨性好，而芯部強度大、衝擊韌性好，使硬質合金球的強度與韌性得到了很好的協調。




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對於W1來說不允許有任何氧化反應，污染，以及嚴重過度熔化，鼓泡，分層和裂紋。弧形不能超過10毫米。

對於W2，W3來說不允許有過度熔化，氣泡，污染，裂縫，表面結晶塊或者過度熔化和污染。碎片的長度不超過8毫米，寬度不超過3毫米，深度不超過1毫米。機械凹陷的直徑不得多於1毫米，深度不得多於0.5毫米。弧度不得多於4毫米。

對於W4不允許任何氧化反應和污染。




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鎢坩堝是金屬鎢製品之一，鎢坩堝被廣泛應用于藍寶石單晶生長爐等工業爐內的核心容器。對於藍寶石單晶生長爐來說，具有高純度，高密度，無內裂紋，尺寸精准，內外壁光潔等特徵的鎢坩堝對藍寶石晶體生長過程中的引晶成功率，拉晶品質控制，脫晶粘鍋以及使用壽命起到關鍵性的作用。而在實際生產過程中，對藍寶石生長產生影響，導致鎢坩堝失效的原因很多，以下介紹失效原因之一-機械損傷。

機械損傷主要指的是裝料時候大塊料的硬性撞擊；開爐處理鎢坩堝托時震動敲擊以及清理鍋內的渣等機械衝擊，產生為裂紋，在長期迴圈使用過程中，微裂紋由於機械不斷地硬性敲擊，相互間產生衝擊，使得裂紋擴展，最終導致鎢坩堝失效。




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