CN101134242A - 一种硬质合金可转位异型刀片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用粉末注射成形制备WC－Co硬质合金可转位异型刀片，其特征在于是将WC－Co混合粉末和一种由石蜡－油－低分子耦合剂－高分子聚合物组成的多组元粘结剂混合制备均匀的喂料，将喂料在注射机上注射出可转位异形刀片注射坯，将注射坯在溶剂中进行溶剂脱脂控制溶剂脱脂率在45％～65％范围内，最后将溶剂脱脂坯采用一步热脱脂+烧结工艺，所制备的可转位异型刀片力学性能高，抗弯强度比普通模压法制备的合金高，能够满足生产要求，同时产品的尺寸偏差在±0.5％以内。

Description

一种硬质合金可转位异型刀片的制备方法
技术领域：本发明涉及粉末冶金领域，特别是采用粉末冶金近净成形方法制备硬质合金可转位异型刀片的方法。
背景技术：硬质合金具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等一系列优点，是国民经济和国防建设中不可缺少的结构材料和工具材料。但它的高强度和高硬度也使其自身加工非常困难。目前，模压成形只能生产形状规格、简单的硬质合金刀片，对于形状复杂的异型刀片，生产非常困难，通常需要后续加工，而高难度的后续加工无疑增加了产品的生产成本。粉末注射成形是近些年来新兴的一种粉末冶金近净成形技术，具有一次成形为最终形状、加工少或无加工、材料利用率高的特点，在生产硬质合金异型刀片具有非常大的技术优势和较低的经济成本。但粉末注射成形用于制备硬质合金时，引入了大量(45～55％)的有机粘结剂，在热脱脂时容易引起残碳或碳的分布不均匀，烧结时因体积收缩大而使尺寸难以控制，因而注射成形硬质合金产品往往存在强度偏低、性能不稳定和尺寸精度低的问题。这些年来，这两大难题一直没有得到很好的解决。因此，在采用粉末注射成形制备硬质合金异型刀片尤其是可转位刀片时，要求刀片具有高的抗弯强度和硬度，这就要精确控制好合金碳含量，保证产品的性能稳定性，同时保证产品的尺寸精度。
目前国内外虽然已有一些研究学者研究了硬质合金的注射成形技术，目前主要开发了一些性能要求不高、用于装饰材料场合的耐磨件、结构件等。但真正成功用于制备出具有高性能硬质合金刀片的场合很少，未见报道。
发明内容：本发明克服传统粉末冶金模压成形和现有粉末注射成形的不足，采用粉末注射成形+溶剂脱脂+一步热脱脂和烧结技术制备硬质合金可转位异型刀片。采用蜡、油、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲脂、聚甲酰胺、聚丙烯腈、硬脂酸、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二异癸酯等有机物中的多种，制备出石蜡+油+高分子聚合物+低分子耦合剂多组元粘结剂，将粘结剂与硬质合金混合粉末熔炼混合制备均一喂料，然后将注射坯在溶剂中进行溶剂脱脂，最后将溶剂脱脂坯在热脱脂+烧结一体炉中进行热脱脂和烧结，减少了操作过程、避免了样品出炉后在空气中的二次氧化以及样品进出炉过程的破损，使产品的控碳精确，形状完整，很好的控制了产品的质量，合金的力学性能满足生产要求，同时产品的尺寸偏差控制到±0.5％以内。
为达到上述目的，本发明所采用的方案是：
(1)合金成分为WC和Co，其中Co含量为6％～15％，其余为WC：
(2)采用蜡、油、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲脂、聚甲酰胺、聚丙烯腈、硬脂酸、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二异癸酯等有机物中的多种，制备出石蜡+油+高分子聚合物+低分子耦合剂多组元粘结剂；
(3)将(2)中所制备的粘结剂称取一定比例，在混炼机中加热直到熔融，然后加入WC-Co硬质合金混合粉末强力混合均匀，配制成粉末装载量为47％～60％的均匀喂料；
(4)将(3)中所得喂料在注射机注射得到可转位异型刀片和抗弯试样注射坯；
(5)将(4)中的注射坯浸在溶剂中进行溶剂脱脂，溶剂温度为25-40℃，脱脂率保证在45％～65％之间;
(6)将(5)中经过溶剂脱脂后的抗弯样品和异型刀片进行一步热脱脂+烧结工艺为：从室温升到250～360℃保温30～150min，再升到400～550℃保温30-120min，再在1000～1200℃保温10～60min，最后升到1360～1420℃保温30～120min，保护气氛为H2，N2+H2，N2，Ar，真空。
将烧结出来的样品进行性能检测和尺寸测量，所制备的可转位异型刀片产品的尺寸偏差在0.3％以内，其抗弯强度比传统模压成形所制备的相同成分的硬质合金高，尺寸和性能完全满足要求。
本发明的优点和积极效果，体现在：
(1)解决了普通模压无法直接制备异型刀片的技术难题，相对模压减少了后续加工，降低了生产成本。
(2)采用的粘结剂具有脱除快，脱除无残留缺陷的特点，同时，通过控制脱脂工艺，能够很好的控制合金的碳含量。
(3)将热脱脂+烧结一体化，打破了将热脱脂和烧结单独进行的传统方法，减少了操作过程，提高了生产效率，同时避免了样品出炉后在空气中的二次氧化以及样品进出炉过程的破损，使产品的控碳精确，形状保持完整。
(4)通过改变模具设计，制备其它形状的硬质合金异型刀片。
具体实施方式：
实施例1：
(1)按质量百分配比(以100g粘结剂为例)称取各粘结剂组元质量：
组元 石蜡 聚丙烯 花生油 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物 邻苯二甲酸二正辛酯 硬脂酸
质量(g) 65 5 10 15 3 2
将各组元在密炼机上混合成颜色均一的混合物，该混合物即为所用粘结剂；
(2)根据粉末体积装载量(如55％)称取2000g WC-6Co硬质合金粉末和98.5g粘结剂，将粉末和粘结剂在密炼机中混炼2h，制备出混合均匀的喂料；
(3)将喂料在注射机上注射出可转位异形刀片注射坯，在注射过程中，注射温度为120℃，注射压力/保压压力为110MPa，注射时间为2秒，保压时间为0.5秒，注射速度(流量)为50％，储料位置为10.00mm；
(4)将注射坯在溶剂汽油中进行溶剂脱脂，脱脂温度为35℃，脱脂时间为10h；
(5)将溶剂脱脂坯在热脱脂+烧结一体炉中进行热脱脂和烧结，其热脱脂+烧结工艺具体为：
Figure A20071003591500051
(6)对烧结出来的样品进行力学性能检测和尺寸精度测量。所制备的可转位刀片的尺寸偏差≤±0.3％，抗弯强度为1900MPa以上。
实施例2：
(1)按质量百分配比(以100g粘结剂为例)称取各粘结剂组元质量：
组元 微晶蜡 聚乙烯 植物油 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物 邻苯二甲酸二正辛酯 硬脂酸
质量(g) 55 15 15 10 4 1
将各组元在密炼机上混合成颜色均一的混合物，该混合物即为所用粘结剂；
(2)根据粉末体积装载量(如51％)称取2000g WC-10Co硬质合金粉末和98.5g粘结剂，将粉末和粘结剂在密炼机中混炼1h，制备出混合均匀的喂料；
(3)将喂料在注射机上注射出可转位异形刀片注射坯；
(6)将注射坯在溶剂汽油中进行溶剂脱脂，脱脂温度为26℃，脱脂时间为16h；
(7)将溶剂脱脂坯在热脱脂+烧结一体炉中进行热脱脂和烧结，其热脱脂+烧结工艺具体为：
Figure A20071003591500061
Figure A20071003591500062
(6)对烧结出来的样品进行力学性能检测和尺寸精度测量。所制备的可转位刀片的尺寸偏差≤±0.3％，抗弯强度为2460MPa以上。

Claims (2)

1.一种硬质合金可转位异型刀片的制备方法，其特征在于：
(1)采用蜡、高分子聚合物、油和低分子耦合剂，制备出石蜡+油+高分子聚合物+低分子耦合剂制取多组元粘结剂，各组元构成以及各组元的质量百分含量为：蜡为石蜡、蜂蜡或微晶蜡，共占50-79％，高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯高分子聚合物，共占5-25％，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲脂、聚甲酰胺或聚丙烯腈共聚物，共占5-15％，油为植物油或花生油，共占5-15％，低分子耦合剂为硬脂酸、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二正丁酯或邻苯二甲酸二异癸酯，共占1-5％；
(2)将制备的粘结剂加热直到熔融，然后加入WC-Co硬质合金混合粉末强力混合均匀，其中Co含量为6％～15％，其余为WC，配制成粉末装载量为47％～60％的均匀喂料；
(3)将喂料在注射机注射得到可转位异型刀片和抗弯试样注射坯；
(4)将注射坯浸在溶剂中进行溶剂脱脂，溶剂温度为25-40℃，脱脂率在45％～65％之间；
(5)将经过溶剂脱脂后的抗弯样品和异型刀片进行一步热脱脂和真空烧结，工艺为：从室温升到250～360℃保温30～150min，再升到400～550℃保温30-120min，再在1000～1200℃保温10～60min，最后升到1360～1420℃保温30～120min，保护气氛为H2，N2+H2，N2，Ar或真空。
2.根据要求1所述的硬质合金可转位异型刀片的制备方法，其特征在于：溶剂脱脂所用溶剂为汽油、正庚烷、环己烷、氯甲烷中的一种或多种，溶剂脱脂温度为24～40℃，脱脂时间为4～20h。
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Granted publication date: 20090729

Termination date: 20091117