CN101845579B - 非均匀硬质合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以碳化钨基为基础的硬质合金及其制备方法，具体公开了一种非均匀硬质合金，该非均匀硬质合金中的主要成分碳化钨的晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰介于0.3～0.9μm，另一个峰介于1.2～3.5μm。其制备方法为：选用一定配比的钴粉、碳化物和碳化钨粉作为原料，碳化钨粉分为2～12μm和小于1μm的粗、细两种不同粒度；粗、细碳化钨粉的质量比为(0.5～2.0)∶1；碳化物为立方碳化物、正交碳化物中的一种或多种；然后将准备的原料混合均匀，再进行球磨、干燥、制粒、压制，最后进行真空高温烧结后得到非均匀硬质合金。本发明的非均匀硬质合金具有更高硬度、韧性和强度，且制备工艺简单、成本低。

Description

非均匀硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以碳化物为基础的硬质合金及其制备方法，尤其涉及一种以碳化钨基为基础的硬质合金及其制备方法。

背景技术

制造金属切削刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，具有必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，以及良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，且不易变形。然而，材料硬度越高，其韧性就越低，亦即是说材料的硬度和韧性很难同时兼备。而采用非均匀结构的硬质合金就是满足此种需求的解决方式之一。

现有技术中有采用重叠加料的方法制备用于凿岩工具的双重晶粒的硬质合金，其主要是基于以下作用机理：采取非等径球的堆积模式(即将合金做成粗细两种晶粒)，让其中的细晶粒填充孔隙便可可降低堆积孔隙率，从而降低合金烧结致密的难度，降低合金的WC晶粒度、邻接度，提高合金的韧性。

CN85100348A号中国专利文献公开了一种双晶优化比为2.2的碳化钨-钴合金的制法，其使用的WC平均晶粒度为2.2μm～3.2μm，WC细晶粒与WC粗晶粒的比值为2.2±0.1。CN1420194A号中国专利文献公开了一种钨钴钛硬质合金的制备方法，其加入1.2μm～1.8μm的WC和6μm～8μm的WC，两种WC的重量比为80/20～60/40。CN1554789A号中国专利文献公开了一种钨钴硬质合金的制备方法，其加入1.2μm～1.8μm的WC和20μm～30μm的WC，粗细两种WC的重量比为80/20～60/40。CN101338384A号中国专利文献公开了一种非均匀结构硬质合金的制备方法，其加入4μm～7μm的WC和1μm～1.5μm的WC，粗细两种WC的重量比为0.55～3.6∶1。CN1544676A号中国专利文献公开了一种非均匀硬质合金的方法，其加入44wt％～48wt％的9μm～13μm的WC和41wt％～44wt％的1μm～1.2μm的WC。CN101586204A号中国专利文献公开了一种碳化钨-碳化钛-碳化钽-碳化铌固溶体硬质合金，制备该合金时加入60wt％的1μm的WC和15wt％的3μm的WC。

然而，以上专利文献中采用的WC细晶粒均为大于1μm晶粒，而目前可以制得的粗WC其名义晶粒度都是多个晶粒聚合在一起的粒度，这样的WC粗晶粒球磨后的实际晶粒度与所用的细晶的粒度差别不大，如此粗细晶粒组合后对堆积孔隙率的改善也不够明显，从而达不到使制造出来的硬质合金同时兼备韧性和强度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有更高硬度、韧性和强度的非均匀硬质合金，还提供一种工艺简单、成本低的非均匀硬质合金的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种非均匀硬质合金，所述非均匀硬质合金是以碳化钨为主要成分，所述碳化钨晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰介于0.3μm～0.9μm，另一个峰介于1.2μm～3.5μm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述非均匀硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：选用Co粉、碳化物和碳化钨粉作为原料，所述各原料的质量百分比为

Co粉                    3wt％～15wt％

碳化物                  0.1wt％～10wt％和

碳化钨粉                余量；

所述碳化钨粉包括粗、细两种不同粒度的碳化钨粉，所述粗碳化钨粉的平均粒度为2μm～12μm，所述细碳化钨粉的平均粒度小于1μm；所述粗碳化钨粉和细碳化钨粉的质量比为(0.5～2.0)∶1；所述碳化物为立方碳化物、正交碳化物中的一种或多种；

(2)混合：将上述准备的各原料混合均匀；

(3)压制：将混合后的原料进行球磨、干燥、制粒，并压制成半成品；

(4)烧结：将所述半成品进行真空高温烧结后得到非均匀硬质合金。

上述的非均匀硬质合金的制备方法中，所述混合步骤的具体操作方法优选为：先将所述的细碳化钨粉进行预磨，然后再配入所述的粗碳化钨粉、Co粉和碳化物。通过对粗、细碳化钨粉末进行分段球磨可以达到碳化钨晶粒度择优分布的目的。

上述的非均匀硬质合金的制备方法中，所述预磨的时间优选为1h～24h。通过预磨细碳化钨粉来打破细碳化钨粉的团聚，从而可以自由的控制粗碳化钨粉的球磨时间，使得合金的矫顽磁力达到设计要求。

上述的非均匀硬质合金的制备方法中，所述立方碳化物优选为碳化钽、碳化铌、碳化钛、碳化钒、碳化锆或碳化铪，所述正交碳化物优选为碳化铬。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明使用的细晶WC的粒度更细，对堆积孔隙率的改善更为明显，而且本发明的非均匀硬质合金可以看作是具有高硬度和高强度的亚微米或者超细合金与韧性的粗晶合金的复合，它在相同的硬度下具有更好的韧性和强度，更适合于做切削工具材料。

附图说明

图1为本发明实施例1的非均匀硬质合金的扫描电镜(SEM)照片。

图2为本发明实施例2的非均匀硬质合金的扫描电镜照片。

图3为本发明实施例3的非均匀硬质合金的扫描电镜照片。

图4为本发明实施例4的非均匀硬质合金的扫描电镜照片。

图5为本发明实施例5的非均匀硬质合金的扫描电镜照片。

图6为对比例中普通硬质合金的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1

一种如图1所示的本发明的非均匀硬质合金，该非均匀硬质合金是以碳化钨为主要成分，同时含有Co相及立方碳化物相(也可含正交碳化物相)，该非均匀硬质合金中碳化钨(WC)晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰为0.7μm，另一个峰为2.0μm。

本实施例的非均匀硬质合金是按以下步骤制备得到的：

(1)配料：选用Co粉、TaNbC(6/4)和WC粉作为原料，各原料的质量百分比为

Co粉                  9wt％

TaNbC                 0.8wt％和

WC粉                  余量；

WC粉包括粗、细两种不同粒度的WC粉，粗WC粉的平均粒度为10.4μm，细WC粉的平均粒度为0.29μm；粗WC粉和细WC粉的质量比为1.5∶1；

(2)混合：先将细WC粉预磨10h，然后再配入准备好的粗WC粉、TaNbC和Co粉，搅拌均匀；

(3)压制：将混合后的原料进行球磨(湿磨)、干燥、制粒，并压制成半成品；

(4)烧结：将上述半成品进行真空高温烧结(1450℃)后得到非均匀硬质合金。

实施例2

一种如图2所示的本发明的非均匀硬质合金，该非均匀硬质合金是以碳化钨为主要成分，同时含有Co相及立方碳化物相(也可含正交碳化物相)，该非均匀硬质合金中WC晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰为0.6μm，另一个峰为2.1μm。

本实施例的非均匀硬质合金是按以下步骤制备得到的：

(1)配料：选用Co粉、TaNbC(6/4)和WC粉作为原料，各原料的质量百分比为

Co粉                 9wt％

TaNbC                0.8wt％和

WC粉                 余量；

WC粉包括粗、细两种不同粒度的WC粉，粗WC粉的平均粒度为10.4μm，细WC粉的平均粒度为0.29μm；粗WC粉和细WC粉的质量比为1.25∶1；

(2)混合：先将细WC粉预磨10h，然后再配入准备好的粗WC粉、TaNbC和Co粉，搅拌均匀；

(3)压制：将混合后的原料进行球磨(湿磨)、干燥、制粒，并压制成半成品；

(4)烧结：将上述半成品进行真空高温烧结(1450℃)后得到非均匀硬质合金。

实施例3

一种如图3所示的本发明的非均匀硬质合金，该非均匀硬质合金是以碳化钨为主要成分，同时含有Co相及立方碳化物相(也可含正交碳化物相)，该非均匀硬质合金中WC晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰为0.6μm，另一个峰为2.2μm。

本实施例的非均匀硬质合金是按以下步骤制备得到的：

(1)配料：选用Co粉、TaNbC(6/4)和WC粉作为原料，各原料的质量百分比为

Co粉              9wt％

TaNbC             0.8wt％和

WC粉              余量；

WC粉包括粗、细两种不同粒度的WC粉，粗WC粉的平均粒度为10.4μm，细WC粉的平均粒度为0.29μm；粗WC粉和细WC粉的质量比为1∶1；

(2)混合：先将细WC粉预磨10h，然后再配入准备好的粗WC粉、TaNbC和Co粉，搅拌均匀；

(3)压制：将混合后的原料进行球磨(湿磨)、干燥、制粒，并压制成半成品；

(4)烧结：将上述半成品进行真空高温烧结(1450℃)后得到非均匀硬质合金。

实施例4

一种如图4所示的本发明的非均匀硬质合金，该非均匀硬质合金是以碳化钨为主要成分，同时含有Co相及立方碳化物相(也可含正交碳化物相)，该非均匀硬质合金中WC晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰为0.5μm，另一个峰为2.6μm。

本实施例的非均匀硬质合金是按以下步骤制备得到的：

(1)配料：选用Co粉、TaNbC(6/4)和WC粉作为原料，各原料的质量百分比为

Co粉              9wt％

TaNbC             0.8wt％和

WC粉              余量；

WC粉包括粗、细两种不同粒度的WC粉，粗WC粉的平均粒度为10.4μm，细WC粉的平均粒度为0.29μm；粗WC粉和细WC粉的质量比为2∶3

(2)混合：先将细WC粉预磨10h，然后再配入准备好的粗WC粉、TaNbC和Co粉，搅拌均匀；

(3)压制：将混合后的原料进行球磨(湿磨)、干燥、制粒，并压制成半成品；

(4)烧结：将上述半成品进行真空高温烧结(1450℃)后得到非均匀硬质合金。

实施例5

一种如图5所示的本发明的非均匀硬质合金，该非均匀硬质合金是以碳化钨为主要成分，同时含有Co相及立方碳化物相(也可含正交碳化物相)，该非均匀硬质合金中WC晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰为0.8μm，另一个峰为1.6μm。

本实施例的非均匀硬质合金是按以下步骤制备得到的：

(1)配料：选用Co粉、TaNbC(6/4)和WC粉作为原料，各原料的质量百分比为

Co粉              12wt％

TaNbC             0.4wt％和

WC粉              余量；

WC粉包括粗、细两种不同粒度的WC粉，粗WC粉的平均粒度为2.4μm，细WC粉的平均粒度为0.35μm；粗WC粉和细WC粉的质量比为1∶1；

(2)混合：先将细WC粉预磨5小时，然后再配入准备好的粗WC粉、TaNbC和Co粉，搅拌均匀；

(3)压制：将混合后的原料进行球磨(湿磨)、干燥、制粒，并压制成半成品；

(4)烧结：将上述半成品进行真空高温烧结(1450℃)后得到非均匀硬质合金。

对比例：

一种现有的普通硬质合金，该硬质合金是按以下步骤制备得到的：

(1)配料：选用Co粉、TaC和WC粉作为原料，各原料的质量百分比为

Co粉              9wt％

TaC               1wt％和

WC粉              余量；

WC粉的平均粒度为3.7μm；

(2)混合：将上述准备的各原料组分混合均匀；

(3)压制：将混合后的原料进行球磨(湿磨)、干燥、制粒，并压制成半成品；

(4)烧结：将上述半成品进行真空高温烧结(1450℃)后得到非均匀硬质合金。

对比例制得的普通硬质合金如图6所示，其中的WC晶粒分布不具有双峰结构，其粒度分布的峰值为1.7μm。

上述实施例1～5和对比例的硬质合金产品具有相同的尺寸结构，长、宽、高分别为20±0.5mm、6.25±0.25mm、5.25±0.25mm。

上述实施例1～5和对比例的硬质合金产品的物理力学性能检测结果如下表1所示。

表1、实例1-5和对比实例合金的物理和力学性能

由上表1可见，本发明的非均匀硬质合金相比于普通硬质合金产品，较顽磁力和硬度均得到一定程度的提高，抗弯强度的改善更加明显。

Claims (1)

1.一种非均匀硬质合金，该非均匀硬质合金是以碳化钨为主要成分，同时含有Co相，还含有立方碳化物相，该非均匀硬质合金中WC晶粒分布具有双峰结构，其中一个峰为0.6μm，另一个峰为2.1μm，所述非均匀硬质合金是按以下步骤制备得到的：

（1）配料：选用Co粉、TaNbC和WC粉作为原料，各原料的质量百分比为

Co粉               9wt%

TaNbC             0.8wt%     和

WC粉             余量；

WC粉包括粗、细两种不同粒度的WC粉，粗WC粉的平均粒度为10.4μm，细WC粉的平均粒度为0.29μm；粗WC粉和细WC粉的质量比为1.25︰1； 

（2）混合：先将细WC粉预磨10h，然后再配入准备好的粗WC粉、TaNbC和Co粉，搅拌均匀；

（3）压制：将混合后的原料进行球磨、干燥、制粒，并压制成半成品；球磨采用湿磨方式；

（4）烧结：将上述半成品进行1450℃的真空高温烧结后得到非均匀硬质合金。

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