低壓燒結

裝料→抽真空→升温至400C→升温至1200C→升温至液相燒結温度→充Ar加壓→保温加壓→降壓冷卻→卸料。

熱等靜壓燒結與低壓燒結的比較：熱等靜壓設備因採用‘高壓’而昂貴，低壓燒結設備因採用‘低壓’，帶來設備造價的大幅降低，使低壓燒結爐能很快普及，現已成為生產高、中檔硬質合金的常規生產設備。

低壓燒結爐兼容了脱蠟、真空燒結、低壓燒結、低壓處理、氣氛燒結等多項功能。前主要用於：壓制品的低壓燒結；燒結產品的低壓處理；壓制品的調碳燒結。

低壓燒結的主要功能是減少硬質合金中的顯微孔隙。燒結體內的孔隙在真空燒結階段已經消除。加壓階段主要是消除顯微孔隙。

低孔隙是高質量硬質合金的重要標誌，在生產中儘量降低硬質合金中的孔隙，是硬質合金工作者的主要追求之一。

硬質合金緻密化與毛細管力、液相對固相的濕潤性和液體的表面張力都有着息息相關的關聯，在燒結過程中隨着温度升高，當出現液相時，由於毛細管壓力，使液相向WC表面移動，由於液相對WC相有很好的濕潤性，使液相很好的附在WC表面，由於液相的表面張力，驅使被液相包裹的WC移動，強烈的收縮就此發生。在被液相包裹的WC移動，收縮的過程中，存在於壓塊中的氣體被排出，由於液相的流動，有一部分燒結體內的孔隙被液相封閉，隨着收縮的增強，封閉孔隙內產生壓力，當表面張力等於或小於孔隙內壓力時，封閉孔隙在合金中被保存下來，形成顯微孔隙。

真空燒結過程，燒結體內形成的顯微孔隙，如圖1所示，孔隙外受液體表面張力的作用，孔隙內腔的氣體則產生一個反向力，當孔隙外液體的表面張力小於等於孔隙內腔的氣體壓力時，孔隙則保持穩定。要使溶有WC的γ相和夾有WC的液相沿毛細管滲入孔隙，孔隙外面的壓力一定要大於內部的壓力。也就是説減少或消除孔隙，就要給液相施加一個壓力，使孔隙外面的壓力大於孔隙內的壓力。

試驗表

明，低壓燒結過程的收縮發生在加壓和卸壓過程，如圖2所示。

圖2示出低壓燒結過程YG10x燒結體的收縮情況，在加壓之前，合金收縮遵循前面所述的合金在真空燒結時的收縮規律，合金收縮分別在800C、1200C，約3MPa時，合金也出現一個收縮小峯值，有人認為是Ar氣從合金表層逸出，其孔隙被液相填充，引起產品收縮。而保壓階段因低壓燒結引起的收縮很小。

圖2示出YG6x、YG10x、YG16x燒結體，在低壓燒結過程，收縮率與壓力的關係，三個牌號的產品，均在加壓過程接近最大壓力前出現收縮峯值。同樣，三個牌號的產品均在卸壓階段出現收縮峯值。

給液相施加一個多大的壓力比較合適。

有研究者認為，施加給液相的壓力P小於或等於晶粒之間的毛細管力Pr，壓力過大會使液體粘結相進入合金的空洞內，形成“鈷池”。即P≤Pr。

P1=2γcosθ/r.

γ為 WC液相表面張力，1400C時，γ≌2000dyn/cm。鈷對WC的濕潤角θ=0，故cosθ=1

即P1=2000×2/r

γ為WC晶粒之間的毛細管半徑，為鈷層厚度的1/2，即P1與合金的鈷層百度有關。即晶粒相同時，P1隨合金鈷含量增加而降低，如圖3所示。鈷含量相同，P1隨合金WC的晶粒度降小而增大。一般情況，鈷含量大於8%的中、粗硬質合金的燒結壓力，在2～2.5MPa之間就可以消除殘留孔隙。鈷含量小於8%的中晶硬質合金，燒結壓力約5MPa才能消除殘留孔隙。

同一合金中鈷層厚度不一樣，鈷層厚處其毛細管半徑比平均值大，毛細管力就小，鈷層薄處其毛細管半徑比平均值小，毛細管力就大。

低壓燒結只有先升温，經液相燒結充分收縮後再加壓才能消除燒結體內微孔隙。為確保緻密效果及合金組織結構的均勻，低壓燒結過程必須在液相出現之後才能加壓。若採用先加壓後升温則不能消除燒結孔隙。

施加壓力的氣體介質，儘管純度高，還是含有程度不等的水、氧、含碳氣體等，低壓燒結的壓力比真空燒結大幾十倍，相同氧或碳含量的加壓氣體，低壓燒結時氧或碳的數量就要大幾十倍，影響合金脱碳或滲碳就大得多。

從理論上講，低壓燒結的產品孔隙減小，與真空燒結產品相比，合金的物理機械性能應該是密度增大，強度增大（如圖4所示）。可是大批實踐生產表明，二者增大都不明顯（也許是低壓燒結工藝我們沒有完全掌握，或檢測精度有限），低壓燒結明顯的效果是衝擊韌性普遍增大，使用性能普遍提高。實踐同時表明，未加Tac的產品經低壓燒結後其相對磁飽和值降低約2%，加有Tac的產品經低壓燒結後其相對磁飽和值提高約2%。

所謂“壓制品的調碳燒結”，是將常規真空燒結是產生η 相或遊離碳的壓制品置於低壓燒結爐內，在一定温度下，通入一定比例的（H2+CH4）混合氣體，在一定壓力下保濕一定時間（即進行正常的真空燒結→低壓燒結）從而獲得正常組織的硬質合金。也有稱之為“氣氛壓力燒結”。

如圖5、圖6、圖7示出不同碳含量，不同鈷含量的合金調碳效果的對比。設定YG合金WC+γ二相區碳含量下限和上限的相對磁飽和為80%、96%。從圖5、圖6、圖7可知，YG6x、YG11C、YG15三個牌號的產品在真空燒結條件下燒結，合金在WC+γ二相區的WC總碳允許波動範圍較小，同樣的產品，在低壓燒結爐內通入一定比例的（H2+CH4）混合氣體，在一定壓力下進行燒結，合金在WC+γ二相區的WC總碳允許範圍擴大，即壓制品在低壓爐內進行調碳燒結，可使製品增碳或減碳。使真空燒結時產生η 相或“C”的產品，在低壓燒結爐內進行調碳燒結，產品組織可達到正常，即WC+γ二相組織。調整（H2+CH4）混合氣體的比例，可得到不同的調碳效果。鈷含量不同，高鈷合金調碳的寬度比低鈷合金大。

1、產品肌體內金相組織緻密性好，無孔洞，無砂眼。

2、產品密度更高，硬度更高，強度更高。

3、產品鋒利性更好，耐用性更持久。

4、由於密度更均勻，產品具有更好地加工性能。

低壓真空燒結爐是生產高性能硬質合金的關鍵設備，經該設備燒結的硬質合金製品，具有極優良的組織結構，無論是製品的強度，還是產品的硬度和密度，均有相應的提高；與經燒結再進行熱等靜壓處理的硬質合金相比，更具有性能穩定，生產成本低等優越性。

產品特點：

1、該設備具有脱蠟(包括脱石蠟、PEG)真空燒結，氣氛燒結，低壓燒結，快速冷卻等功能；

2、脱蠟時温度均勻性＜±10℃，真空燒結時温度均勻性＜±5℃，低壓燒結時壓力為6MPa；

3、該設備帶石墨內膽結構，內膽門、保温層門開閉可控，結合温度，壓力參數的控制，確保爐內氣氛的穩定及各工作階段的自動切換；

4、爐子有多項安全保護措施，在各階段監控爐內壓力，爐壁温度，確保安全生產；

5、該設備採用觸摸屏控制，可以在面板上顯示所有事件的過程和爐內的情況，整個過程一目瞭然，爐門為平壓蓋形式，結構緊湊，操作方便，美觀大方!

6、為了防止在通過高壓Ar時，熱量可能由於各種原因有很大損失，甚至由此而引起爐壁温度過高，因此保温層與一體爐有很大的不同，需要防止Ar的滲透，保温層為多層結構並每層均用緻密的石墨膜隔離。

7、在開始通Ar時，防止由於壓力不均，內膽上加裝平衡閥，在內膽內外壓差過大時，平衡閥動作以保護內膽。

8、而在低壓燒結完後，打開內膽及保温層的門，使內外熱冷氣體造成自然對流，並通過內裝冷卻器進行冷卻，為了充分發揮對流的作用，爐子在這方面進行了精心的佈局。另外在打開上面兩個門時，可能會造成爐壁高，因此又對此設法進行控制。

9、在通Ar時，應保證在一定時間內完成升壓過程，同時又不要使此過程引起爐內温度發生大的變動，因此對爐內升壓為自動控制，在到達程序應進入充Ar時，設有報警信號(因為這個過程的熱度重要，應有人在場)，操作人員按鍵取消，此時第一步是再一次啓動液壓系統，並再一次旋轉爐門，然後按鍵進行充Ar程序。此時有自控儀表按時間壓力曲線開閉閥門，全程完成充Ar過程。

10、在低壓燒結完成後，轉入快冷，此時也設有相應的控制，如在打開保温門，爐壁温度過高時，則立刻減少和關閉保温門，以防止爐壁温度升高。