碳化钨-钴硬质合金是一种具有高硬度、高抗磨损性和高耐侵蚀性的质料。它主要由碳化钨（WC）颗粒和钴（Co）金属相组成。碳化钨是一种很是硬的陶瓷质料，具有极高的硬度和耐磨性。然而，单独的碳化钨脆性较高，难以加工和使用。因此，为了提高其韧性和可加工性，碳化钨通常与钴粉末一起混淆，并经由高温烧结工艺举行烧结而成。钴在碳化钨颗粒之间起到连系剂的作用，增添了合金的韧性和可塑性。钴尚有助于提高合金的抗侵蚀性能，使其更适用于种种卑劣情形条件下的应用。碳化钨钴硬质合金具有许多优异的性能，包括极高的硬度、优异的耐磨性、优异的抗侵蚀性、较高的热稳固性和化学稳固性。这使得它成为普遍应用于切削工具、矿山工具、模具、钻头、研磨质料等领域的主要质料。

碳化钨钴铼系硬质合金则代表了一类新型的硬质合金质料，具有显著增添的杨氏模量、高温硬度和高温蠕变抗性。消融在基于Co的粘结剂中的铼关于液相烧结历程中WC晶粒长大具有很强的抑制作用。WC-Co-Re硬质合金的杨氏模量、高温硬度和高温蠕变抗性均高于古板的WC-Co硬质合金。由于其奇异的性能，WC-Co-Re质料可用于合成金刚石和立方氮化硼的高压高温部件，以及切削镍基高温合金和其他发热工件质料。

铼在碳化钨-钴系硬质合金中的强化效应

1、WC-Co-Re硬质合金的高温性能

人们已经充分熟悉到，在WC基硬质合金的粘结剂中添加铼可以改善其高温性能。

图1以示意图的方法展示了9wt% Re + 6wt% Co条件下的W-Co-Re-C相图，该图基于文献和实验效果，与重绘的10wt% Co条件下的WC-Co相图举行了较量Ｋ剂康絉e的密度显著高于Co，含有9wt% Re和6wt% Co的WC-Co-Re硬质合金与含有10wt% Co的WC-Co质料相比，从体积上来说，险些具有相同比例的粘结相。

从图1可以看出，W-Co-Re-C相图与W-Co-C相图有所差别。以下是W-Co-Re-C相图的特点：

图1  9 wt% Re + 6 wt% Co的W-Co-Re-C相图(红线)与10 wt% Co的W-Co-C相图(黑线)

首先，W-Co-Re-C相图中所有的熔点都向高温偏向移动。因此，与古板的WC-Co质料相比，WC-Co-Re硬质合金需要在更高的温度下烧结。

其次，关于WC-Co-Re硬质合金，不包括η相和自由碳的两相区在较高的碳含量下略微向高端移动。这个移动相对较小，但在制备WC-Co-Re硬质合金时仍需思量其影响。需要注重的是，W-Co-Re-C相图中两相区的宽度与W-Co-C相图中的相似。

最后，铼对粘结剂的添加显着扩展了在温度高于约1430°C时WC + η相 + 液相平衡保存的区域。这意味着若是将中低碳和低碳含量的WC-Co-Re硬质合金从烧结温度快速冷却，它们可能会包括η相，而不会剖析为热力学上稳固的WC + Co/Re混淆物。因此，烧结后的WC-Co-Re硬质合金必需以相对较低的冷却速率冷却，以确保η相的完全剖析。

图2说明晰这一点，其中显示了具有中低碳含量的WC-Co-Re批次在快速冷却后含有η相的包裹体，而在缓慢冷却后则不含η相。

图2 在用差别冷却速率从烧结温度(1520°C)下降到1300°C的条件下:（a -冷却速率为4度/分钟，b -冷却速率为0.5度/分钟），含9wt % Re + 6wt % Co，总碳含量为5.45 wt%的中晶WC-Co-Re硬质合金的微观结构

图3和图4展示了中粒度WC-Co-Re硬质合金的典范显微结构，与从相同级别的WC粉末制备的古板WC-Co质料举行了较量。从图3可以看出，WC-Co-Re硬质合金的显微结构显着比古板WC-Co硬质合金详尽。因此，铼充当了强力的WC晶粒生长抑制剂，抑制了WC粗化历程。凭证研究效果，铼会富集在WC/粘结剂晶界处。因此，可以推测，在WC-Co-Re质料中抑制WC晶粒生长的作用类似于古板晶粒生长抑制剂在WC-Co晶界偏析的抑制作用。

图3 在1520℃烧结，然后缓慢冷却至1250℃的条件下，中晶WC-10%Co硬质合金(左)和中晶WC-Co-Re(含9wt % Re + 6wt %Co)硬质合金(右)的显微组织

亚微米级WC-Co-Re硬质合金通常用于高温高压组件，而铼的晶粒生长抑制作用关于制备这类型的硬质合金很是主要，由于不需要向细颗粒WC-Co-Re硬质合金中添加古板的晶粒生长抑制剂。图4和图5展示了不含晶粒生长抑制剂的亚微米WC-Co-Re硬质合金的显微结构，其颗粒细小且匀称，并且不包括异常大的WC颗粒。这种硬质合金的烧结温度为1520°C，显着高于通常用于烧结亚微米级WC-Co级别的温度。

图4 含有9 wt% Re + 6 wt% Co的中晶WC-Co-Re硬质合金(左)和含有5.5 wt% Re + 3.7 wt% Co的亚微米WC-Co-Re硬质合金(右)的显微组织

图5 含有5.5 wt% Re + 3.7 wt% Co的亚微米WC-Co-Re硬质合金的显微组织

2.WC-Co-Re硬质合金的力学性能

研究发明，WC-Co-Re硬质合金在高温下具有显著改善的物理力学性能。图6中的曲线批注，WC-Co-Re质料的硬度随温度（20-800°C）的降低比古板WC-Co硬质合金更为稳固。300°C和500°C是HPHT部件常用的操作温度，与通例WC-Co质料相比，WC-Co- Re硬质合金在这两个温度下的硬度降低了近两倍。热硬度提高，关于制造用于镍基高温合金或其他爆发热量的质料的加工工具来说至关主要，由于这些工具需要具有拥有高热稳固性和机械稳固性的切削刃。

图6 在较量含有5.5 wt% Co+3.7 wt% Re的亚微米级WC-Co-Re硬质合金与含有6 wt% Co的古板亚微米级硬质合金时，硬度随温度转变的情形

凭证上面提到的WC-Co-Re硬质合金具有显着更高的热硬度，可以推测含Re的硬质合金具有改善的高温蠕变抗性。现实上，如图7所示，WC-Co- Re硬质合金在显着高于通例WC-Co质料的载荷下获得了相同的压缩应力率值，这批注Co-Re粘结剂具有显著提高的高温蠕变性能。，批注Co-Re黏结剂具有显着改善的高温蠕变抗性。

图7 800℃时WC-Co- Re和WC-Co硬质合金应变速率与压缩应力的关系

超等硬质合金合金质料的应用展望

只管铼粉价钱高昂，从而导致WC-Co-Re硬质合金的生产本钱较高，但它们仍然可以应用在在一些领域，特殊是在高温性能起决议性作用的领域，好比：用于合成金刚石和立方氮化硼的高压高温组件，以及制造用于加工高温质料和其他产热工件质料的切削工具。

在高温高压应用中，WC-CoRe硬质合金杨氏模量的增添也应施展主要作用。众所周知，高温高压组件在操作后可完全接纳。而WC-Co-Re硬质合金也可以像通例WC-Co质料一样接纳使用，因此WC-Co-Re硬质合金中所含的铼可以被多次接纳再使用。因此，虽然铼的价钱高昂，可是若要使用WC-Co-Re硬质合金来制造高温高压组件，着实只需要在初期投入大宗资金，就能够将其应用于合成金刚石和立方氮化硼上。

CBN立方氮化硼单晶质料

众所周知，用于加工高温合金和其他产热工件质料的切削工具会受到极高的切削温度的影响Ｋ剂康絎C-Co-Re硬质合金级别显著增添的高温硬度，它们可以有用地用于加工镍和钴基高温合金。WC-Co-Re硬质合金在这种应用中的另一个优点是可以制备亚微米级和超细级，而无需使用古板的WC晶粒生长抑制剂，由于铼具有很是强的晶粒生长抑制作用，可以确保获得具有极细和匀称显微结构的切削刀片。

硬质合金刀具

本文参考文献：

WC-Co-Re-cemented-carbides-Structure-properties-and-potential

作者：I. Konyashin, S. Farag, B. Ries, B.Roebuck