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机械合金化方法可以制备出反应活性较高的超细W-C粉末,在随后的加热反应过程中容易得到细晶的WC硬质合金,从而大大提高其力学性能。本文采用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜观察(SEM)和力学性能测试方法探索了W-C高能球磨过程及其对随后热过程中W-C热反应温度和反应激活能的影响规律,同时对WC-Co硬质合金的热机械合金化工艺、组织、性能及失效机制进行了研究。研究表明:在高能球磨磨球的作用下,W、C不断撞击、碎化,强制形成具有较高晶格畸变能的W(C)固溶体,在合适的条件下WC形核,并团聚长大。W-C粉末体系经过10h的球磨过程后,W与C的热反应温度从1400℃左右降低至1020℃,反应激活能降低了22.7%左右。W-C-M体系在气体保护烧结(GPS)和放电等离子烧结(SPS)两种反应条件下的合成机理均为扩散机制,采用GPS工艺很难得到完全合成的WC合金,而采用SPS工艺可得到完全合成的WC合金。SPS热反应合成的WC-Co硬质合金组织呈长径比约为5:1的短棒状,晶粒长度为2～3μm。延长球磨时间或升高SPS热反应温度均能提高反应物的反应活性,从而促进中间产物向WC转变,并使组织均匀、致密。随着球磨时间的延长或热反应温度的升高,WC-Co合金的密度、硬度、抗弯强度、耐磨性能均逐渐提高。热机械合金化合成的WC-Co硬质合金比传统方法制备的同类WC合金具有更高的强度,其机理是:热机械合金化合成的WC合金具有交替排列的短棒状组织,在三点弯曲试验中,微裂纹萌生于WC/WC晶界位置,受到交错排列的短棒状晶粒的阻碍,裂纹扩展以短棒状晶粒的拔出方式进行,极大地消耗了裂纹扩展的能量,从而提高了弯曲强度;合成试样的摩擦磨损过程以犁沟磨损和WC颗粒的剥落为主要特征。热机械合金化制备的WC-Co硬质合金在钻井钻头、刀具领域具有广阔的应用前景。