專利名稱：具有多組不同成份的團粒結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金制品的生產(chǎn)方法，特別是一種由多組(多級)不同 比例硬質(zhì)相、粘結(jié)相的團粒構(gòu)成的硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法。采用該方法生產(chǎn)的 硬質(zhì)合金制品可廣泛用作鑄鐵類切削刀具、金屬拉伸模具及沖壓模具、耐磨 另件、量具，以及石油地質(zhì)鉆探、礦山及煤礦采掘工具等。
背景技術(shù)：
常規(guī)WC—Co基硬質(zhì)合金材料，WC相是彌散分布在Co相中，其金相 組織均勻、機械性能一致。且隨著硬質(zhì)相(WC)粒度的細化，強度、硬度大 幅度提高。相應(yīng)地由于硬質(zhì)相太細、鈷相平均自由程小，因而變形能力差， 加之金相組織均勻，抗斷裂性較低。因而這種金相結(jié)構(gòu)均勻的硬質(zhì)合金類制 品存在著高硬度、高耐磨性與強韌性之間難以協(xié)調(diào)的矛盾。即當(dāng)減少合金中 鈷(Co)的含量以提高其硬度和耐磨性時，合金體的韌性即隨之下降，反之 則影響其硬虔和耐磨性。如對于切削刀片、金屬拉伸模具及沖壓模具、礦山 及煤礦采掘工具、'賴油地廣fe探工具等硬質(zhì)合金制品，在使用中既要求具有 很高的硬度和耐磨性、又要求具備較強的韌性。而金相組織一致的制品在使 用過程中、 一旦表面產(chǎn)生裂紋，其裂紋將很快擴展并導(dǎo)致整個工、模具破裂 而報廢。針對上述缺陷美國阿拉巴瑪大學(xué)(ALABMA)在博士論文《雙重結(jié) 構(gòu)硬質(zhì)合金其微觀結(jié)構(gòu)一性能之間的關(guān)系》(作者XIN DENG 2002年) 中、公開了"種首先采用WC和Co粉混合、摻蠟，配成含Co 6wtn/。的摻蠟 混合料；然后將摻蠟M合料采用噴霧法制得帶蠟的團粒，再經(jīng)250 50(TC預(yù) 燒脫蠟，脫蠟后的團粒在120(TC溫度下燒結(jié)成合金化團粒;所得合金化團粒再 與Co粉簡單混合配成總含Co量達16wtM的混合料，最后將該混合料置于熱 壓燒結(jié)爐內(nèi)、在低于液相的溫度及35MPa壓力下燒結(jié)成含Co 6wtn/。和含Co 16wt。/。的雙重(2組)團粒結(jié)抅的硬質(zhì)^"金。該方法生產(chǎn)出的帶雙重微觀團粒結(jié) 構(gòu)的硬質(zhì)合金制品，雖然在一定程度上克服了金相組織均勻、機械性能一致 的硬質(zhì)合金制品所存在的高硬度、高耐磨性與強韌性之間難以協(xié)調(diào)、以及在 使用中一旦表面產(chǎn)生裂紋，其裂紋將很快擴展而導(dǎo)致合金體破裂、報廢等弊 病。但卻存在其一、只能制備雙重(2組)不同成份團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，兩組 團粒之間的成份中Co含量的梯度(差距)不能太大，否則影響制品綜合性能提 高；其二、采用噴霧法制得帶蠟的團粒，再經(jīng)預(yù)燒脫蠟及合金化燒結(jié)，所得 合金化團粒呈空心結(jié)構(gòu)，既增加了后續(xù)工藝合金燒結(jié)的難度，又將造成合金 制品的孔隙度高、脆性加大；其三、噴霧法制粒其設(shè)備投資昂貴、生產(chǎn)成本 高；等缺陷。因此，采用該方法亦難獲得綜合機械性能更優(yōu)良的制品。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計一種具有多組不同 成份團粒結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法。以平衡常規(guī)硬質(zhì)合金制品所存在的高硬 度、高耐磨性與強韌性之間難以協(xié)調(diào)的矛盾，降低制品的孔隙度及脆性，在 制品的硬度、耐磨性不下降的條件下，大幅度提高其斷裂韌性；達到有效提高 制品的綜合機械性能及應(yīng)用范圍，降低生產(chǎn)設(shè)備的投資及生產(chǎn)成本等目的本發(fā)明的解決方案是首先采用原料WC粉與Co粉配成低Co含量混合粉, 再經(jīng)燒結(jié)成預(yù)合金塊，然后將其破碎并球磨制得第一組具有低Co團粒結(jié)構(gòu)的 預(yù)合金粉料;然后再向預(yù)合金粉內(nèi)補加Co粉至第二組團粒結(jié)構(gòu)擬含Co量、混 合均勻后，裝入石墨模具內(nèi)熱壓燒結(jié)成合金塊(或真接熱壓燒結(jié)成具有兩組不 同成作團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金制品直接使用)；再將合金塊破碎后球磨成粉料、 并向粉料中補加Co粉至擬生產(chǎn)合金制品最終含Co量、混合均勻后將混合粉 料置于石墨模具中真空熱壓燒結(jié)制得具有三組不同成份團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金 制品；從而實現(xiàn)其目的。因而，本發(fā)明方法包括；A、 球磨配料以總配嵙量計，將90-96wt。/。的工業(yè)用WC粉及4一 10wt。/o的 Co粉置于球磨機內(nèi)，球磨混合36-76小時得混合粉料；B、 制預(yù)合金塊向混合粉料內(nèi)加入粉料重1-2wt呢的成型劑、球磨混合 均勻后壓制成坯塊,然后送入燒結(jié)爐內(nèi)，在1380—146(TC溫度及真空或氫氣 保護下燒結(jié)6—12小時，得預(yù)合金塊；C、 制預(yù)合金粉首后將所得預(yù)合金塊機械破碎至《5mm，然后送入球磨 機內(nèi)球磨12-24小時后，過篩選擇出80-160目之間的預(yù)合金粉待用；D、 二次配Co及燒結(jié)向預(yù)合金粉料中加入Co粉至總Co含量為12-18wt%、 球磨混合8-12小時后，裝入石墨模具中并送入燒結(jié)爐內(nèi)，在10-25MPa壓力及 真空或氫氣保護下固相燒結(jié)1-3小時，得具有2組不同成份團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì) 合金塊或可以直接使用的硬質(zhì)合金制品；E、 球磨:將由D工序所得合金塊機械破碎至《5.0mm，再送入球磨機內(nèi) 球磨16-24小時后、過篩選擇100-180目之間的辨料待用；F、 三次配Co及燒結(jié)將E工序所得粉料球磨混合6-12小時后，將混合 粉置于球磨機內(nèi)并加入Co粉至總Co含量為20-28wt%、球磨混合6-12小時 后，將混合粉置于石墨模具中并送入燒結(jié)爐內(nèi)，在10-25MPa及真空或氫氣保 護下固相燒結(jié)1-3小時，隨爐冷卻、得具有3組不同成份團粒結(jié)構(gòu)的合金制品。上述E 土序在合金±央進行機械破碎前，將其加熱到750-90(TC進行水淬 處理后再進行機械破碎，以提高其破碎效率。而所述固相燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為 1100-1280°C。本發(fā)明由于將WC與Co粉配料后燒結(jié)成預(yù)合金塊，經(jīng)破碎、球磨成預(yù)合金 粉再配Co;有效克服背景技術(shù)因采用滲臘混合粉料、噴霧造粒、脫蠟預(yù)燒，在120(TC左右溫度下燒結(jié)，得合金化團粒后配Co。所存在的設(shè)備投資大，合 金化團粒呈空心球結(jié)構(gòu)、后續(xù)燒結(jié)困難、制品孔隙度高、脆性較大，且只能 用于制具有兩組不同或份團粒結(jié)構(gòu)的制品等缺陷；本發(fā)明方法再通過燒結(jié)破 碎、球磨配Co、燒結(jié)，從而制得具有高鈷含量及金相組織呈多組不同成份團 粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金制品。因而，本發(fā)明具有所生產(chǎn)制品應(yīng)用范圍廣，在高硬度、 高耐磨性與強韌性之間一致性好，抗斷裂韌性及綜合機械性能優(yōu)良，生產(chǎn)設(shè) 備的投資及生產(chǎn)成本低，既可生產(chǎn)具有2組，又可生產(chǎn)具有3組不同成份團 粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金等特點。
具體實施方式
實施例1: A、球磨配料:將188 kg WC粉及12 kg Co粉(均為工業(yè)生產(chǎn)用 粉)置于球磨機內(nèi)球磨48小時，得混合粉料；B、 制預(yù)合金塊向A工序所得混合粉料內(nèi)加入濃度為10%的成型劑橡膠 溶液3.0kg，球磨混合均勻后壓制成10X4X5mm (長X寬X厚)坯塊，然后送 入燒結(jié)爐內(nèi)，'在氫氣保護及142(TC士2(rC溫度下燒結(jié)IO小時得預(yù)合金塊；C、 制預(yù)合金粉首先將所得預(yù)合金塊送入鱷式破碎機破碎至粒度《5mm, 然后送入球磨機內(nèi)球磨24小時后、過篩選擇出80-160目之間的粉料198.0 kg待用；D、 配Co及燒結(jié)將由C工序所得預(yù)合金粉料及23.5kgCo粉送入球磨 機內(nèi)、球磨機混合10'小時后，裝入石墨模具中并送入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，在 18MPa壓力及120(TC溫度下燒結(jié)2. 0小時，得具有2組不同成份團粒結(jié)構(gòu)、 總含Co量為16wtW的硬質(zhì)合金塊；E、 球磨首先將由D工序所得合金塊送入馬弗爐內(nèi)加熱30分鐘至800 X:后、立即置于水中淬火處理，然后經(jīng)鱷式破碎機破碎至《5mm，再送入球磨 機內(nèi)球磨20小時，過篩逸擇出100-180目的粉料219 kg;F、配Co及燒結(jié)將E工序所得粉料送入球磨機內(nèi)并加入16. 3 kg Co粉、 球磨混合8小時后，將混合粉置于石墨鉆齒模具中并送入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)， 在20MPa壓力及125(TC溫度下燒結(jié)2小時，得總含Co量為22wt%、具有3組 不同成份團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金鉆齒制品。該制品經(jīng)檢測密度13. 0g/cm3、抗彎強度2200 kg/隨2,硬度(HRA)為82. 6、 斷裂韌性25. 0MPa . m1/2。實施例2:其中A、 B、 C工序及其參數(shù)均與實施例l相同；D、 二次配Co及燒結(jié):將C工序所得預(yù)合金粉及23. 5 kg C。粉球磨混合 10小時后，置于釬片的石墨模具中、送入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在20MPa壓力及 125(TC溫度下燒結(jié)2. 0小時，得總含Co量為16wt。/D的硬質(zhì)合金釬片制品。該制品經(jīng)檢測密度13.9g/cm3，抗彎強度1800 kg/醒2硬度(服A) 84.0， 斷裂韌性22. 0MPa , m1/2。
權(quán)利要求
1. 一種具有多組不同成份團粒結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法，包括A、球磨配料以總配料量計，將90-96wt％的工業(yè)用WC粉及4-10wt％的Co粉置于球磨機內(nèi)，球磨機內(nèi)、球磨混合36-76小時，得混合粉料；B、制預(yù)合金塊向混合粉料內(nèi)加入粉料1-2wt％的成型劑、球磨混合均勻后壓制成坯塊，然后送入燒結(jié)爐內(nèi)，在1380-1460℃溫度及真空或氫氣保護下燒結(jié)6-12小時，得預(yù)合金塊；C、制預(yù)合金粉首行將由B工序所得預(yù)合金塊機械破碎至≤5mm，然后送入球磨機內(nèi)球磨機內(nèi)球磨12-36小時后、過篩選擇出80-160目之間的預(yù)合金粉待用；D、二次配Co及燒結(jié)向預(yù)合金粉料中加入Co粉至總Co含量為12-18wt％，球磨混合8-12小時后，裝入石墨模具中并送入燒結(jié)爐內(nèi)，在10-25MPa壓力及真空或氫氣保護下固相燒結(jié)1-3小時，得具有2組不同成份團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金塊或可以直接使用的硬質(zhì)合金制品；E、球磨將由D工序所得合金塊機械破碎至≤5.0mm，再送入球磨機內(nèi)、球磨16-24小時后，過篩選擇100-180目之間的粉料待用F、三次配Co及燒結(jié)將E工序所得粉料置于球磨機內(nèi)并加入Co粉至總Co含量為20-28wt％，球磨混合6-12小時后，將混合粉置于石墨模具中并送入燒結(jié)爐內(nèi)，在10-25MPa及真空或氫氣保護下固相燒結(jié)1-3小時，隨爐冷卻即得具有3組不同成份團粒結(jié)構(gòu)的合金制品。
2、 按權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法，其特征在于E工序中在合金 塊進行機械破碎前將其加熱到750-900°C、進行水淬處理后再進行機械破碎；
3、 按權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法，其特征在于所述固相燒結(jié)溫 度為1100-1280°C。
全文摘要
該發(fā)明屬于具有多組不同成份團粒結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法。包括球磨配料、制預(yù)合金塊及預(yù)合金粉、第二次配Co及燒結(jié)、球磨、第三次配Co及燒結(jié)。該發(fā)明由于通過配料燒結(jié)后制成預(yù)合金粉，再配Co；克服了噴霧造粒、燒結(jié)合金化團粒，使后續(xù)燒結(jié)困難，制品孔隙度高、脆性較大等缺陷；此后再通過燒結(jié)、破碎、球磨，再配Co、燒結(jié)，從而制得具有高鈷含量及金相組織呈多組不同成份團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金制品。因而本發(fā)明具有既可生產(chǎn)具有2組、又可生產(chǎn)具有3組不同成份團粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)金制品，其制品應(yīng)用范圍廣、高硬度、高耐磨性與強韌性之間一致性好，抗斷裂韌性及綜合機械性能優(yōu)良，生產(chǎn)設(shè)備的投資及生產(chǎn)成本低等特點。
文檔編號B22F9/08GK101265531SQ20071004861
公開日2008年9月17日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者余祖孝, 孫亞麗, 張麗萍, 張繼芳, 蔡樂才, 杰 顏, 新 黃 申請人:四川理工學(xué)院