CN101104902A

CN101104902A - 添加硼元素的硬质合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101104902A
Application number: CNA2007100355738A
Authority: CN
Inventors: 周定良; 谢文; 黄文亮
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Cutting Tools Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Cutting Tools Co Ltd
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2008-01-16

Abstract

本发明提供了一种添加了硼元素的硬质合金及其制备方法，硼元素与粘接相的质量百分比为0.01％～2％，最好为0.05％～1％；制备方法包括配料、球磨、干燥、压制和烧结工序，硼元素可采用纯硼粉、TiB₂、CrB₂、WB、CoB中的一种或几种复合的形式，在配料阶段与WC、Co混合均匀，然后再与酒精混合球磨24~72小时；该硬质合金韧性基本不变而强度、硬度得到提高，或者强度、韧性、硬度同时得到提高。

Description

添加硼元素的硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硬质合金及其制备方法，尤其是添加了硼元素的硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金的强度和硬度是一对矛盾的性能，一般来说材料越硬则越脆、强度相对低，通常应用中需要在强度与硬度之间达到一种平衡。为此有人提出通过加入硼元素(B)来改善硬质合金性能。在硬质合金中添加硼的方式主要有两种：一种是在合金生产之初的原料粉末混合中加入硼的氧化物或碳化物粉末，如日本专利JP2005068479中以B₂O₃作为硼的主要添加形式；利用硼的氧化物或碳化物的化学稳定性，避免在以后的合金制造过程中产生其它导致合金性能劣化的副反应，但不利于硼元素的扩散与均匀分布；一种是在合金生产的压坯烧结过程中，或者是在烧结过的合金制品上，用含硼物料将压坯或者制品涂覆(或包围住)，在烧结气氛中，使一定数量的硼通过热力学作用而转移到成型材料中，自成型材料件的表面扩散到至少3mm深度的整个显微组织中，从而实现硼元素的添加，如刘寿荣，宋俊亭等在“WC-Co硬质合金烧结过程渗硼的高温动态相分析”(硬质合金，2002，19(1))、刘寿荣，郝建民等在“WC-Co硬质合金烧结过程钇-硼共渗机理”(稀有金属材料与工程，2003，32(4))等文献中指出的；但该方式对反应程度不易控制。

发明内容

本发明提供一种添加了硼元素的硬质合金及其制备方法，该硬质合金韧性基本不变而强度、硬度得到提高，或者强度、韧性、硬度同时得到提高。

本发明的添加了硼元素的硬质合金，其特征是硼元素与粘接相的质量百分比为0.01％~2％，最好为0.05％~1％

本发明的硬质合金的制备方法，包括配料、球磨、干燥、压制和烧结工序，其特征在于：所述硼元素可采用纯硼粉、TiB₂、CrB₂、WB、CoB中的一种或几种复合的形式，在配料阶段与WC、Co混合均匀，然后再与酒精混合球磨24~72小时。

所述纯硼粉或金属硼化物粉末的粒度最好不大于合金原料所用的WC粒度。

本发明在配料阶段开始加入硼元素，通过选择纯硼粉或IVA、VA、VIA族金属元素的硼化物粉末，使硼元素在基体中的扩散与均匀分布，可以实现硬质合金的强度、硬度、韧性的同时提高，其中以强度提高幅度更大；并且金属元素Ti可以提高硬质合金的红硬度和抗月牙洼磨损，Cr可以起到抑制WC晶粒长大的作用，因此对超细硬质合金具有一定优势。本发明工艺简单、生产成本低。

附图说明

图1是本发明的含硼硬质合金与普通的硬质合金的力学性能对比；

图2是本发明的含硼硬质合金的典型微观组织结构，其中a、b为含B硬质合金典型微观组织，c为脱碳合金组织；

图3是本发明的含硼硬质合金与普通的硬质合金的X-射线衍射图谱对比示意图。

具体实施方式

实施例1：采用硬质相WC、粘接相Co，其粒度分别为0.8μm、1.0μm(下同)，配料加入4μm的B粉，使原料中WC、Co、B的含量分别为89.99％、10％、0.01％，其中B元素与Co的质量百分比为0.1％。上述粉末共1Kg经过配料、均匀混合后，与400ml酒精一起球磨60~65小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的含硼硬质合金强度为3103MPa，硬度HV₃为1680，断裂韧性K_IC＝10.3Mpm^-1/2。其微观组织结构参见图2。

对比实施例1：同样采用硬质相WC、粘接相Co，其粒度与实施例1相同，含量分别为90％、10％。WC粉末与Co粉末均匀混合后，与和400ml酒精一起球磨60~65小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的硬质合金强度为2890MPa，硬度HV₃为1570，K_IC＝10.4Mpm^-1/2(至少测量5个试样，并取平均值，下同)。

本发明的添加了硼元素的硬质合金与对比实施例中普通硬质合金的力学性能对比参见图1，X-射线衍射图谱对比参见图3(下同)。

实施例2：采用硬质相WC、粘接相Co，配料加入4μm的B粉，使原料中WC、Co、B的含量分别为89.7％、10％、0.03％，其中B元素与Co的质量百分比为0.3％。上述粉末共1Kg经过配料、均匀混合后，与400ml酒精一起球磨60~65小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的含硼硬质合金强度为2970MPa，硬度HV₃为1680，K_IC＝10.2Mpm^-1/2。

对比例1：同样采用硬质相WC、粘接相Co，其粒度与上述实施例1、2相同，含量分别为90％、10％。WC粉末与Co粉末均匀混合后，与和400ml酒精一起球磨60~65小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的硬质合金强度为2890MPa，硬度HV₃为1570，K_IC＝10.4 Mpm^-1/2。

实施例3：采用硬质相WC和TaC、粘接相Co，含量分别为92.5％、6.5％和1.0％，配料加入4μm的B粉，使原料中硬质相、Co、B的含量分别为92.5％、6.5％、0.005％，其中B元素与Co的质量百分比为0.0769％。上述粉末共1Kg经过配料、均匀混合后，与380ml酒精一起球磨27~35小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的含硼硬质合金强度为2200MPa，硬度HV₃为1610，K_IC＝10.3Mpm^-1/2。

实施例4：采用硬质相WC和TaC、粘接相Co，含量分别为92.5％、1.0％和6.5％，配料加入2μm的CrB₂粉，使原料中硬质相、Co、B的含量分别为92.36％、6.5％、0.06％，其中B元素与Co的质量百分比为0.9％。上述粉末共1Kg经过配料、均匀混合后，与380ml酒精一起球磨27~35小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的含硼硬质合金强度为2210MPa，硬度HV₃为1600，K_IC＝10.28Mpm^-1/2。

实施例5：采用硬质相WC和TaC、粘接相Co，含量分别为92.5％、1.0％和6.5％，配料加入2μm的CrB₂粉，使原料中硬质相、Co、B的含量分别为92.2％、6.5％、0.135％，其中B元素与Co的质量百分比为2.0％。上述粉末共1Kg经过配料、均匀混合后，与380ml酒精一起球磨27~35小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的含硼硬质合金强度为1950MPa，硬度HV₃为1670，K_IC＝10.00Mpm^-1/2。

对比例2：同样采用硬质相WC和TaC、粘接相Co，其粒度与上述实施例3相同，含量分别为92.5％、1.0％和6.5％。WC、TaC粉末与Co粉末均匀混合后，再和380ml酒精一起球磨27~35小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的硬质合金强度为1970MPa，硬度HV₃为1580，K_IC＝9.9Mpm^-1/2。

通过对比发现，硬质合金中加入一定量的B元素后，组织和结构发生了改变：含硼合金微观组织中B富集区WC晶粒明显球形化，金相显微镜下，类似于“η相”，即部分B形成了“伪η相”，改变了WC颗粒形貌，由原来的尖角外形变成圆滑外形且分布均匀；同时部分B进入Co相晶格中，抑制了fcc-γ(面心立方相)向hcp-γ(密排六方相)的相转变，使室温下残留的fcc-Co含量增多，而fcc-γ的韧性要好于hcp-γ。硼元素可采用纯硼粉、IVA、VA、VIA族金属元素的硼化物粉末中的一种或几种复合的形式，在配料阶段与WC、Co混合均匀，然后再与酒精混合球磨。

WC颗粒的圆化，降低了变形过程中的应力集中；fcc-γ含量的增大，提高了粘接相的韧性。这两个因素共同作用使得合金的强度和韧性得到一定程度的提高，其中抗弯强度提高约9％；同时均匀分布的“伪η相”提高了合金的硬度，有助于改善其耐磨性。

Claims

1.一种添加了硼元素的硬质合金，包括硬质相、粘接相，其特征在于：所述硼元素与粘接相的质量百分比为0.01％～2％。

2.如权利要求1所述的添加了硼元素的硬质合金，其特征在于：所述硼元素与粘接相的质量百分比为0.05％～1％。

3.如权利要求1或2所述的添加了硼元素的硬质合金的制备方法，包括配料、球磨、干燥、压制和烧结工序，其特征在于：所述硼元素可采用纯硼粉、IVA、VA、VIA族金属元素的硼化物粉末中的一种或几种复合的形式，在配料阶段与WC、Co混合均匀，然后再与酒精混合球磨。

4.如权利要求3所述的添加了硼元素的硬质合金的制备方法，其特征在于：所述纯硼粉或金属硼化物粉末的粒度最好不大于合金原料所用的WC粒度。