标题：低压烧结
低压烧结概述
‘低压烧结’的“低压”是相对‘热等静压’的压力来说的，二者都是在等静压力下烧结，前者的压力约为5Mpa左右，后者的压力高达70～100MPa。[1]
低压烧结是在真空烧结和热等静压的基础上发展起来的，以前的理念认为，在烧结温度下消除合金中的孔隙需要较大的压力，后来试验发现，在烧结温度下，较低的压力同样可以消除合金内的孔隙，而且可以避免因高压而在合金中造成‘钴池’的缺陷。低压烧结使合金能获得比经热等静压处理的合金更好的综合性能。
低压烧结工艺流程
装料→抽真空→升温至400C→升温至1200C→升温至液相烧结温度→充Ar加压→保温加压→降压冷却→卸料。
热等静压烧结与低压烧结的比较：热等静压设备因采用‘高压’而昂贵，低压烧结设备因采用‘低压’，带来设备造价的大幅降低，使低压烧结炉能很快普及，现已成为生产高、中档硬质合金的常规生产设备。
低压烧结的作用
低压烧结炉兼容了脱蜡、真空烧结、低压烧结、低压处理、气氛烧结等多项功能。前主要用于：压制品的低压烧结；烧结产品的低压处理；压制品的调碳烧结。
低压烧结的主要功能是减少硬质合金中的显微孔隙。烧结体内的孔隙在真空烧结阶段已经消除。加压阶段主要是消除显微孔隙。
低孔隙是高质量硬质合金的重要标志，在生产中尽量降低硬质合金中的孔隙，是硬质合金工作者的主要追求之一。
硬质合金致密化与毛细管力、液相对固相的湿润性和液体的表面张力都有着息息相关的关联，在烧结过程中随着温度升高，当出现液相时，由于毛细管压力，使液相向WC表面移动，由于液相对WC相有很好的湿润性，使液相很好的附在WC表面，由于液相的表面张力，驱使被液相包裹的WC移动，强烈的收缩就此发生。在被液相包裹的WC移动，收缩的过程中，存在于压块中的气体被排出，由于液相的流动，有一部分烧结体内的孔隙被液相封闭，随着收缩的增强，封闭孔隙内产生压力，当表面张力等于或小于孔隙内压力时，封闭孔隙在合金中被保存下来，形成显微孔隙。
减少显微孔隙
  孔洞收缩时的受力状况真空烧结过程，烧结体内形成的显微孔隙，如下图7-6所示，孔隙外受液体表面张力的作用，孔隙内腔的气体则产生一个反向力，当孔隙外液体的表面张力小于等于孔隙内腔的气体压力时，孔隙则保持稳定。要使溶有WC的γ相和夹有WC的液相沿毛细管渗入孔隙，孔隙外面的压力一定要大于内部的压力。也就是说减少或消除孔隙，就要给液相施加一个压力，使孔隙外面的压力大于孔隙内的压力。
试验表
明，低压烧结过程的收缩发生在加压和卸压过程，如下图7-25所示。
  低压烧结过程TG10X烧结体收缩示意图
图7-25示出低压烧结过程YG10x烧结体的收缩情况，在加压之前，合金收缩遵循前面所述的合金在真空烧结时的收缩规律，合金收缩分别在800C、1200C，约3MPa时，合金也出现一个收缩小峰值，有人认为是Ar气从合金表层逸出，其孔隙被液相填充，引起产品收缩。而保压阶段因低压烧结引起的收缩很小。  低压烧结过程收缩率与压力的关系
图7-26示出YG6x、YG10x、YG16x烧结体，在低压烧结过程，收缩率与压力的关系，三个牌号的产品，均在加压过程接近最大压力前出现收缩峰值。同样，三个牌号的产品均在卸压阶段出现收缩峰值。
给液相施加一个多大的压力比较合适。
有研究者认为，施加给液相的压力P小于或等于晶粒之间的毛细管力Pr，压力过大会使液体粘结相进入合金的空洞内，形成“钴池”。即P≤Pr。
P1=2γcosθ/r.
γ为 WC液相表面张力，1400C时，γ≌2000dyn/cm。钴对WC的湿润角θ=0，故cosθ=1
即P1=2000×2/r
γ为WC晶粒之间的毛细管半径，为钴层厚度的1/2，即P1与合金的钴层百度有关。即晶粒相同时，P1随合金钴含量增加而降低，如图7-27所示。钴含量相同，P1随合金WC的晶粒度降小而增大。一般情况，钴含量大于8%的中、粗硬质合金的烧结压力，在2～2.5MPa之间就可以消除残留孔隙。钴含量小于8%的中晶硬质合金，烧结压力约5MPa才能消除残留孔隙。
  碳含量对YG16合金硬度的影响
同一合金中钴层厚度不一样，钴层厚处其毛细管半径比平均值大，毛细管力就小，钴层薄处其毛细管半径比平均值小，毛细管力就大。 
低压烧结只有先升温，经液相烧结充分收缩后再加压才能消除烧结体内微孔隙。为确保致密效果及合金组织结构的均匀，低压烧结过程必须在液相出现之后才能加压。若采用先加压后升温则不能消除烧结孔隙。
施加压力的气体介质，尽管纯度高，还是含有程度不等的水、氧、含碳气体等，低压烧结的压力比真空烧结大几十倍，相同氧或碳含量的加压气体，低压烧结时氧或碳的数量就要大几十倍，影响合金脱碳或渗碳就大得多。
从理论上讲，低压烧结的产品孔隙减小，与真空烧结产品相比，合金的物理机械性能应该是密度增大，强度增大（如图7-28所示）。可是大批实践生产表明，二者增大都不明显（也许是低压烧结工艺我们没有完全掌握，或检测精度有限），低压烧结明显的效果是冲击韧性普遍增大，使用性能普遍提高。实践同时表明，未加Tac的产品经低压烧结后其相对磁饱和值降低约2%，加有Tac的产品经低压烧结后其相对磁饱和值提高约2%。  烧结压力在1200度下对YG6抗弯强度的影响
压制品的调碳烧结
所谓“压制品的调碳烧结”，是将常规真空烧结是产生η 相或游离碳的压制品置于低压烧结炉内，在一定温度下，通入一定比例的（H2+CH4）混合气体，在一定压力下保湿一定时间（即进行正常的真空烧结→低压烧结）从而获得正常组织的硬质合金。也有称之为“气氛压力烧结”。  不同碳含量的YG6x合金调碳效果对比
如图7-29、7-30、7-31示出不同碳含量，不同钴含量的合金调碳效果的对比。设定YG合金WC+γ二相区碳含量下限和上限的相对磁饱和为80%、96%。从图可知，YG6x、YG11C、YG15三个牌号的产品在真空烧结条件下烧结，合金在WC+γ二相区的WC总碳允许波动范围较小，同样的产品，在低压烧结炉内通入一定比例的（H2+CH4）混合气体，在一定压力下进行烧结，合金在WC+γ二相区的WC总碳允许范围扩大，即压制品在低压炉内进行调碳烧结，可使制品增碳或减碳。使真空烧结时产生η 相或“C”的产品，在低压烧结炉内进行调碳烧结，产品组织可达到正常，即WC+γ二相组织。调整（H2+CH4）混合气体的比例，可得到不同的调碳效果。钴含量不同，高钴合金调碳的宽度比低钴合金大。  不同碳含量的YG11C合金调碳效果对比
  不同碳含量的YG15合金调碳效果对比
低压烧结的优点
综上所述，采用低压烧结的钨钢产品具有下列优点：
1、产品肌体内金相组织致密性好，无孔洞，无砂眼。
2、产品密度更高，硬度更高，强度更高。
3、产品锋利性更好，耐用性更持久。
4、由于密度更均匀，产品具有更好地加工性能。
低压烧结炉
低压真空烧结炉是生产高性能硬质合金的关键设备，经该设备烧结的硬质合金制品，具有极优良的组织结构，无论是制品的强度，还是产品的硬度和密度，均有相应的提高；与经烧结再进行热等静压处理的硬质合金相比，更具有性能稳定，生产成本低等优越性。
产品特点：
1、该设备具有脱蜡(包括脱石蜡、PEG)真空烧结，气氛烧结，低压烧结，快速冷却等功能；  低压烧结炉
2、脱蜡时温度均匀性<±10℃，真空烧结时温度均匀性<±5℃，低压烧结时压力为6MPa；
3、该设备带石墨内胆结构，内胆门、保温层门开闭可控，结合温度，压力参数的控制，确保炉内气氛的稳定及各工作阶段的自动切换；
4、炉子有多项安全保护措施，在各阶段监控炉内压力，炉壁温度，确保安全生产；
5、该设备采用触摸屏控制，可以在面板上显示所有事件的过程和炉内的情况，整个过程一目了然，炉门为平压盖形式，结构紧凑，操作方便，美观大方!
6、为了防止在通过高压Ar时，热量可能由于各种原因有很大损失，甚至由此而引起炉壁温度过高，因此保温层与一体炉有很大的不同，需要防止Ar的渗透，保温层为多层结构并每层均用致密的石墨膜隔离。
7、在开始通Ar时，防止由于压力不均，内胆上加装平衡阀，在内胆内外压差过大时，平衡阀动作以保护内胆。
8、而在低压烧结完后，打开内胆及保温层的门，使内外热冷气体造成自然对流，并通过内装冷却器进行冷却，为了充分发挥对流的作用，炉子在这方面进行了精心的布局。另外在打开上面两个门时，可能会造成炉壁高，因此又对此设法进行控制。
9、在通Ar时，应保证在一定时间内完成升压过程，同时又不要使此过程引起炉内温度发生大的变动，因此对炉内升压为自动控制，在到达程序应进入充Ar时，设有报警信号(因为这个过程的热度重要，应有人在场)，操作人员按键取消，此时第一步是再一次启动液压系统，并再一次旋转炉门，然后按键进行充Ar程序。此时有自控仪表按时间压力曲线开闭阀门，全程完成充Ar过程。
10、在低压烧结完成后，转入快冷，此时也设有相应的控制，如在打开保温门，炉壁温度过高时，则立刻减少和关闭保温门，以防止炉壁温度升高。
低压烧结的产品
株洲三鑫公司是一家有着十多年硬质合金制品生产的专业厂家，专门从事硬质合金牌号配方研发至压制烧结成型，再到刀片的精加工及销售一龙服务，在硬质合金的开发应用方面积累了丰富的经验，三鑫钨钢系列产品依托60年军工技术的支持，产品选材精准，工艺精湛；严格按国家标准生产，三鑫钨钢产品质量稳定可靠，采用低压烧结的产品有：钨钢切脚机刀片、钨钢V-CUT刀片、V-CUT刀、钨钢分切刀片、钨钢瓦楞纸刀片、光纤切割刀、钨钢圆棒、钨钢非标异型件定制、钨钢非标刀片、钨钢非标异型件、钨钢刀片材料、钨钢板材、钨钢长条、钨钢圆片、钨钢圆棒、钨钢模具、钨钢模具材料、钨钢地质矿山类、钨钢耐磨材料等。