CN101008062A

CN101008062A - 用于复合结构硬质合金的基体

Info

Publication number: CN101008062A
Application number: CN 200610022525
Authority: CN
Inventors: 罗达成; 范丽; 何跃进
Original assignee: TIANHENG ALLOY APPLICATION TECHN CO Ltd ZIGONG
Current assignee: TIANHENG ALLOY APPLICATION TECHN CO Ltd ZIGONG
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-08-01

Abstract

本发明公开了一种以下TiC－WC或WC为硬质相用于连续界面复合结构硬质合金的基体，它由硬质相和粘结相组成，所述的硬质相为TiC－WC或WC，所述的粘结相为Ni的复合物，本发明基体中添加部分由再生硬质合金制备含WC－Co的预合金粉末料，使W、Co资源得到循环利用，达到节约W、Co资源的目的，同时基体中添加大部分的硬质相(TiC)以及Ni的复合物，达到少用W、Co资源的目的，性质相近的基体粘结相Ni的复合物与使用层粘结相Co以分子间键力相结合，使复合界面连续过渡，不会产生异物、缝隙以及脱碳、裂纹、分层等不良缺陷，达到与单层结构硬质合金任何面一样牢固的效果，获得与常规单层结构硬质合金应用广、综合性能好的相同的特性。

Description

用于复合结构硬质合金的基体

技术领域

本发明属于硬质合金材料制备领域，特别是提供一种以下TiC-WC或WC为硬质相用于连续界面复合结构硬质合金的基体。

背景技术

通常使用的硬质合金为单层结构，其成分由硬质相(如WC、WC-TiC等)和粘结相(如Co、Co+Ni等)组成，这种单层结构是由粘结相金属分子键相互作用而形成一个连续过渡的整体，具有应用广、综合性能好等特性。硬质合金在实际使用过程中，用于加工工件而被消耗掉的使用部位仅占整个硬质合金体积很小一部分，这一部分称为使用层，起支衬作用而使硬质合金具有一定形状尺寸的整体的非使用部位占整体硬质合金体积大部分，这部分称为基体。单层结构硬质合金需要消耗大量W、Co资源，W、Co资源稀缺且昂贵，特别是W资源已趋向枯竭，如何少用W、Co资源来生产硬质合金是未来迫切需要解决的问题。若采用通过减少单层结构硬质合金中的W、Co用量，就会影响到使用层性能，即影响硬质合金质量，因此，通过这种途径节约W、Co资源是无效的。

为了节约W、Co资源，大量复合结构硬质合金得以长足发展，复合结构硬质合金是采用不同成分的使用层与基体进行复合而形成的整体硬质合金，它不改变使用层成分(与原单层结构硬质合金相同)，使用层性能不受影响，而由于基体是非使用部位，在基体中减少或不用W、Co资源，就可以达到节约W、Co资源，而不影响硬质合金使用要求的目的。

但是，复合结构硬质合金的质量关键在于基体与使用层的界面结合机制，影响基体与使用层结合一般存在如下两个方面：一是基体与使用层的特性差异大导致结合不良：现在常规的是采用易于获得、且成本低的钢、合金钢、钢结硬质合金等少或无W、Co的材料作为基体，但由于这些基体是以Fe为主添加其它元素或化合物而形成的合金，与由硬质相为主添加粘结相而形成的硬质合金成分差异大，导致基体与硬质合金使用层的特性差异大，最重要的特性差异表现在基体与使用层之间的热膨胀系数和弹性模量，试验表明，当基体的热膨胀系数大于使用层时，基体内形成拉应力，该拉应力在基体上产生垂直界面的裂纹，基体表层的残余拉应力对材料性能不利；当使用层的热膨胀系数大于基体时，在基体内形成残余压应力，有利于提高基体的物理机械性能，但是如果二者热膨胀系数差异大，就容易引起界面开裂，或在使用层内产生垂直界面的裂纹。此外，由于基体和使用层的弹性模量不同，弹性模量大的一层承受更多的负荷，这样也容易造成受力不均而产生使用层脱落的现象。二是使用层和基体存在结合缺陷：一般情况下，基体和使用层已经形成坯件，因此，两种材料只能通过焊接、粘结、机械夹固、喷涂等方式进行复合，这些复合方式在界面处必然存在第三种类物质，如Cu焊料、胶体、空气等作为过渡层，其复合界面是非连续过渡的，界面处存在明显的缺陷，如第三种类物质、缝隙等，由于界面缺陷的存在，此类复合结构的硬质合金使用层容易脱落、裂纹、分层，更不能承受大冲击的应用场合。

在专利号为98122105·x，发明名称为《(陶瓷——硬质合金复合刀片及其工艺》的专利文献中，公开了一种硬质合金作为基体，使用层为非金属陶瓷的复合刀片，其主要是利用了非金属陶瓷的高硬度、高耐磨性、高耐热性和高化学稳定性等特性，辅以热压烧结的方法，以提高其断裂韧性和抗弯强度，但是文献中所述硬质合金基体实质是一种金属陶瓷(TiC+Ni)，而其使用层却不是采用的硬质合金材料，所以仍然存在基体和使用层的特性差异大的缺陷，虽然由该专利提供的方法可能获得连续界面的复合结构工具陶瓷，但这种产品仅适应极小冲击场合的非金属陶瓷切削工具的应用领域。

以上所提供的基体虽然达到了节约W、Co资源目的，但其所形成的复合结构产品界面是非连续过渡，或者所形成的复合结构产品界面是连续过渡，但获得复合结构产品是只能承受极小冲击使用场合的工具陶瓷，都不能满足与常规单层结构硬质合金应用广、综合性能好的相同要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点而提供一种能与硬质合金使用层形成连续过渡界面的基体，使用该基体所制作的复合结构硬质合金结合牢固，能适用于较大冲击使用场合。

本发明的目的是这样实现的：

一种以TiC-WC或WC为硬质相用于复合结构硬质合金的基体，由硬质相和粘结相组成，所述的硬质相为TiC-WC或WC，其中它们的重量配比(％)为TiC∶WC＝70％～0∶30～100％；所述的粘结相为Ni的复合物，其中硬质相和粘结相的重量配比为60～80％∶40～20％；

所述的Ni的复合物是Ni+Co+Mo，它们的重量配比(％)为Ni+Co∶Mo＝70～100％∶30～0％；或Ni+Co+Mo₂C，它们的重量配比(％)为Ni+Co∶Mo＝70～100％∶30～0％；或Ni+Co+Fe，它们的重量配比(％)为Ni∶Fe＝20～70％∶80～30％。

本发明的基体与使用层的性质比较如下表1：

基体			使用层
基体			使用层			成分组成		硬质相TiC-WC+粘结相Ni的复合物	成分组成		硬质相WC(或WC-TiC等)+粘结相Co(或Co+Ni)
硬质相TiC-WC)	名称	难熔硬质碳化物	硬质相WC或(WC-TiC等)	名称	难熔硬质碳化物	成分组成		硬质相TiC-WC+粘结相Ni的复合物	成分组成		硬质相WC(或WC-TiC等)+粘结相Co(或Co+Ni)
	名称	难熔硬质碳化物		名称	难熔硬质碳化物	熔点	2600～3250℃	熔点	2600～3250℃
	显硬微度	2850～3200(公斤/毫米²)		显硬微度	1730(公斤/毫米²)	熔点	2600～3250℃	熔点	2600～3250℃
	显硬微度	2850～3200(公斤/毫米²)		显硬微度	1730(公斤/毫米²)	粘结相Ni的复合物	用途	硬质合金粘结剂	粘结相Co或(Co+Ni)	用途	硬质合金粘结剂
化周学期元表素位置	VIIIFe族元素	化周学期元表素位置	VIIIFe族元素				用途	硬质合金粘结剂		用途	硬质合金粘结剂
化周学期元表素位置	VIIIFe族元素	化周学期元表素位置	VIIIFe族元素	熔点	Ni：1453℃，Fe：1534℃		熔点	Co：1490℃
对湿碳润化性物	1500℃，Ni对TiC-WC湿润角17-30°，1550℃，Fe对TiC-WC湿润角41-49°	对湿碳润化性物	1420°，Co对WC或WC-TiC湿润角0-21°	熔点	Ni：1453℃，Fe：1534℃		熔点	Co：1490℃
对湿碳润化性物	1500℃，Ni对TiC-WC湿润角17-30°，1550℃，Fe对TiC-WC湿润角41-49°	对湿碳润化性物	1420°，Co对WC或WC-TiC湿润角0-21°	形成化学物	化学式		TiC-WC-Ni-Co或TiC-WC-Ni-Fe-Co	形成化学物		化学式	WC-Co或WC-Ti C-Co
名称	碳化钛基硬质合金或含钨硬质合金	名称	含钨硬质合金		化学式		TiC-WC-Ni-Co或TiC-WC-Ni-Fe-Co			化学式	WC-Co或WC-Ti C-Co

本发明的基体成分与使用层的硬质合金成分类似，也是由硬质相(TiC-WC或WC)和粘结相(Ni的复合物)组成，为了保证基体有足够的抗弯强度(或韧性)，从而使复合结构硬质合金满足使用要求，需加入高含量(≥20％)粘结相Ni的复合物和由再生硬质合金所制备含WC-Co的预合金粉末料。硬质相(TiC-WC或WC)与粘结相(Ni的复合物)按一定百分比例配制后，送入球磨机内湿磨16-24小时，按常规硬质合金的粉末冶金生产工艺卸料、干燥、掺胶、过筛、制得基体混合料，再与使用层硬质合金混合料分开称料加料，分层装入模具内，一次压制成形，所压制的压坯置于烧结炉中同炉同温一次性烧结，从而获得以TiC-WC或WC为硬质相的基体的连续界面复合结构硬质合金。

本发明由于：(1)基体中添加部分由再生硬质合金制备含WC-Co的预合金粉末料，使W、Co资源得到循环利用，达到节约W、Co资源的目的，同时基体中添加大部分的硬质相(TiC)以及Ni的复合物，达到少用W、Co资源的目的；(2)基体中含较高粘结相(≥20％)，获得较高抗弯强度(或韧性)，使复合结构硬质合金能够满足较广使用要求，可应用于刀片、耐磨件、矿山工具等领域；(3)基体中粘结相Ni的复合物中含Mo或Mo₂C，有利于改善粘结相湿润角，减少烧结后产生孔隙率，进一步提高基体抗弯强度(或韧性)，粘结相Ni的复合物中含Fe，有利于进一步降低原料成本；(4)基体成分与使用层硬质合金成分类似，使得基体与使用层能够在同炉同温一次性烧结从而形成复合结构的硬质合金得以实现。性质相近的基体粘结相Ni的复合物与使用层粘结相Co以分子间键力相结合，使复合界面连续过渡，不会产生异物、缝隙以及脱碳、裂纹、分层等不良缺陷，达到与单层结构硬质合金任何面一样牢固的效果，获得与常规单层结构硬质合金应用广、综合性能好的相同的特性。为了应证本发明的有关性能，特作如下对比试验验证，在本发明所述基体表面复合1.5mm厚YG8的47％TiC-25％WC——23％Ni-2％Co-2％Mo合金，与单层YG8合金的抗弯强度和断裂方式对比如表2：

试样名称	数量(支)	抗弯强度平均值(N/mm²)	断裂形式	结论
试样名称	数量(支)	抗弯强度平均值(N/mm²)	断裂形式	结论	复合YG8的47％TiC-25％WC-23％Ni-2％Co-2％Mo合金的B试样	10	2130	横向断裂	YG8复合结构硬使质合金与单层结构YG8硬质合金结合效果相同
单层YG8便质合金B试样	10	2205	横向断裂		复合YG8的47％TiC-25％WC-23％Ni-2％Co-2％Mo合金的B试样	10	2130	横向断裂

可见，复合结构的1.5mm YG8硬质合金与单层结构YG8硬质合金

结合效果基本相同。

具体实施方式

实施例1：

本实施方式以配制用于YG8复合结构硬质合金拉伸模的基体为

例：

基体成分：TiC+WC+Ni+Co+Mo；基本成分百分比：TiC-WC/Ni+Co+Mo＝73％/27％，TiC/WC：64％/36％，Ni+Co/Mo：92.6％/7.4％，其中Co在基体中百分含量＝(0.25/1-0.08)*0.08＝2％；配制100kg基体：TiC＝47kg，WC-Co预合金粉末＝28kg，Ni＝23kg，Mo＝2kg，送入球磨机内湿磨16小时，按常规硬质合金的粉末冶金生产工艺卸料、干燥、掺胶、过筛，制得基体混合料与使用层YG8硬质合金混合料分开称料加料，分层装入模具内一次压制成形，所压制的压坯置于烧炉中同炉同温一次性烧结，得到以TiC-WC为硬质相的连续界面复合结构硬质合金基体。

具体实施例2：

本实施方式以配制用于YG10X复合结构硬质合金园片刀的基体为例：

基体成分：TiC+WC+Ni+Co+Mo₂C；基体成分百分比：TiC-WC/Ni+Co+Mo₂C＝78％/22％，TiC/WC＝50％/50％，Ni+Co/Mo₂C＝90％/10％，其中Co在基体中百分含量＝(0.39/1-0.072)*0.072＝3％；配制100kg基体：TiC＝39kg，WC-Co预合金粉末＝40kg，Ni＝19kg，Mo₂C＝2kg，送入球磨机内湿磨20小时，按实施例1中的方法制得以TiC-WC为硬质相的连续界面复合结构硬质合金基体。

具体实施例3：

本实施方式以配制用于YG20复合结构硬质合金冲模的基体为例：

基体成分：WC+Ni+Co+Fe；基体成分百分比：WC/Ni+Co+Fe＝75％/25％，Ni+Co/Fe＝48％/52％，其中Co在基体中百分含量＝0.75/1-0.076×0.076＝6％，配制100kg基体：WC-Co预合金粉末＝81kg，Ni＝6kg，Fe＝13kg，送入球磨机内湿磨24小时，按实施例1中的方法制得以WC为硬质相的连续界面复合结构硬质合金基体。

Claims

1、一种用于复合结构硬质合金的基体，由硬质相和粘结相组成，其特征在于所述的硬质相为TiC-WC或WC，其中它们的重量配比(％)为TiC∶WC＝70％～0∶30～100％；所述的粘结相为Ni的复合物，其中硬质相和粘结相的重量配比(％)为60～80％∶40～20％。

2、根据权利要求1所述的基体，其特征在于所述的Ni的复合物是Ni+Co+Mo或Ni+Co+Mo₂C或Ni+Co+Fe其中的一种。

3、根据权利要求2所述的基体，其特征在于Ni的复合物是Ni+Co+Mo，它们的重量配比(％)为Ni+Co∶Mo＝70～100％∶30～0％。

4、根据权利要求2所述的基体，其特征在于Ni的复合物是Ni+Mo₂C，它们的重量配比(％)为Ni∶Mo₂C＝70～100％∶30～0％。

5、根据权利要求2所述的基体，其特征在于Ni的复合物是Ni+Co+Fe，它们的重量配比(％)为Ni+Co∶Fe＝20～70％∶80～30％。