CN101914714A

CN101914714A - 无磁硬质合金及制备方法

Info

Publication number: CN101914714A
Application number: CN 201010261626
Authority: CN
Inventors: 周新华; 张忠健; 王力民; 肖可俊; 曹劲松; 王琳琳; 段石文; 蒋洪亮
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2010-12-15

Abstract

本发明提供了一种无磁硬质合金，其成份及重量百分比为：镍6%～18%，碳化铬0.5%～1.5%，碳化钨余量，组分简单，硬度高、耐磨性好、抗腐蚀能力强；其制备方法包括原料配制、湿磨、干燥、压制、烧结等，原料成分及重量百分比为镍粉8%～15%，碳化铬粉0.5%～1.5%，碳化钨粉余量；配料时加入成型剂；90～100℃的喷雾干燥；脱蜡烧结一体化工艺，炉温在25～45小时内升温至450℃～550℃，完成成型剂脱除，然后在7～9小时内再升温至产品出现液相，再向炉内高纯氩气，1～2小时升温至最终烧结温度1460～1480℃，保温30～60分钟后再通入高纯氩气，继续保温30～60分钟后冷却；本发明的制备方法不仅能制备一般规格无磁合金，同时能满足大型无磁合金的制备及其性能要求。

Description

无磁硬质合金及制备方法

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料及其制备方法，尤其是一种无磁硬质合金材料及制备方法。

背景技术

无磁硬质合金在粉末冶金行业强磁性粉末的成型用模具、密封环等方面具有明显的优势，不但具有很高的硬度和耐磨性，而且可避免强磁性粉末成型时的粘模，提高密封环的抗腐蚀能力。现有的无磁合金制造方法中，通过添加多种元素、借助深冷处理、时效处理提高无磁合金的硬度和强度，但硬质合金进行深冷、时效处理等方式的效果还存在争议，对单重较大的产品也不适于或效果难以检测。中国专利申请“一种含钒的无磁硬质合金及制备方法”（200810031230.9 ），合金中同时含0.5～3.0%的Cr₃C₂和0.3～2.5%的VC，采用真空干燥，烧结温度1430～1460℃，保温时间30～60分钟，并充入3～5MPa（等于30～50bar）高纯氩气，生产的产品硬度达到≥86HRA，抗弯强度≥3000MPa，密度13.60-14.60 g/cm³。但该合金碳含量的控制难度较大，物料的一致性和压坯密度的均匀性难以保证，特别是大型制品（单重≥10Kg或直径≥150mm）容易出现裂纹、弯曲变形，不能保证大型制品的致密化和性能的均匀性。

发明内容

本发明针对上述不足，提供了一种含铬的无磁硬质合金，组分简单，硬度高、耐磨性好、抗腐蚀能力强，制备方法不仅能制备一般规格无磁合金，同时能满足大型无磁合金的制备及其性能要求。

本发明的无磁硬质合金，以碳化钨为主要组分，其成份及重量百分比为：

镍：6%～18%

碳化铬：0.5%～1.5%

碳化钨：余量。

作为改进，该无磁合金的成份及重量百分比为：

镍：8%～15%

碳化铬：0.5%～1.0%

碳化钨：余量。

作为进一步改进，该无磁合金的成份及重量百分比为：

镍：11%

碳化铬：0.75%

碳化钨：余量。

本发明的无磁硬质合金的制备方法，包括原料配制、湿磨、干燥、压制、烧结等工序，原料成分及重量百分比为镍粉8%～15%，碳化铬粉0.5%～1.5%，碳化钨粉余量；原料配制时加入成型剂。

干燥工序采用喷雾干燥，干燥温度为90～100℃。

烧结采用脱蜡烧结一体化工艺，炉温在25～45小时内升温至450℃～550℃，完成成型剂脱除，并通入露点-60℃的氢气；然后在7～9小时内再升温至产品出现液相，此阶段炉内压力≤0.8mbar；出现液相后再向炉内充入40～80mbar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，1～2小时升温至最终烧结温度1460～1480℃，保温30～60分钟后再通入50bar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，继续保温30～60分钟后冷却。

除硬质相碳化钨、粘结相镍，原料中仅添加了Cr₃C₂，而Cr₃C₂在合金粘结相中大量互溶，与碳含量高低无关，因此无磁合金中碳含量控制较容易，确保无磁性能和尺寸及精度，同时其加量较低，不影响无磁合金的强度和孔隙度。使用封闭式的喷雾干燥最大程度的避免了杂质进入物料，同时提高了物料的稳定性和一致性，保证了压制时装料均匀和压坯密度的均匀。利用脱蜡烧结一体炉，采用脱蜡烧结一体化工艺，可保证成型剂的均匀脱除，最大程度的提高了碳含量的控制精度和均匀性，使产品的弯曲变形小，性能均匀。当然也可以采用钟罩炉完成型剂脱除后再装入过压炉烧结，还可以在一体炉内完成成型剂脱除和预烧后冷却至室温、进行一些机械加工后再装入过压炉烧结。慢速升温避免了产品在成型剂脱除和烧结过程产生裂纹；最终烧结温度下保温、通入高纯氩气，保证产品得到充分的烧结，表面和心部性能达到一致；成型剂脱除阶段通入氢气避免了毛坯在成型剂脱除过程中增氧；出现液相阶段炉内压力≤0.8mbar避免了成型剂脱除完成后毛坯表层损碳，出现液相后通入40mbar氩气避免了产品中镍相的蒸发损失，而达到最终烧结温度后通入50bar氩气促进了烧结过程中的液相流动，提高产品致密化、硬度和强度。

采用本发明的制备方法获得的无磁合金，碳梯度控制在0.03%以内，控制精度高，无烧结裂纹现象，弯曲变形小，性能均匀，洛氏硬度≥87HRA，抗弯强度≥3000MPa，密度14.10～14.80 g/cm³，磁力0KA/m，钴磁≤0.1%。

具体实施方式

实施例1：制备单重50Kg无磁硬质合金（外径411mm），成分及重量百分比为：镍：12%，碳化铬：1.2%，碳化钨：余量。

上述无磁硬质合金的制备包括原料配制、湿磨、干燥、压制、烧结等工序（以下实施例同）。原料成分及重量百分比为：镍粉：12%，碳化铬粉1.2%，碳化钨粉余量。按比例称取各原料，加入成型剂，将配制的混合料在湿磨机内球磨后，喷雾干燥，干燥温度为90～100℃，然后压制成规定尺寸形状的压坯后装入脱蜡烧结一体炉内，通入露点-60℃的氢气，炉温在40～45小时内由室温升温至550℃，完成成型剂脱除；然后在8～9小时内再升温至产品出现液相，此阶段炉内压力≤0.8mbar；出现液相后再向炉内充入40mbar左右、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，1.5～2小时升温至最终烧结温度1460℃，保温60分钟后再通入50bar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，继续保温60分钟后冷却到室温。最终获得的无磁合金产品性能：洛氏硬度：87.8HRA，抗弯强度3120MPa，密度14.27 g/cm³，磁力0KA/m，钴磁≤0.1%。

实施例2：制备单重30Kg无磁硬质合金（外径380mm），成分及重量百分比为：镍：11%，碳化铬：0.75%，碳化钨：余量。

原料成分及重量百分比为：镍粉：11%，碳化铬粉：0.75%，碳化钨粉：余量。按比例称取各原料，加入成型剂，将配制好的混合料在湿磨机内球磨后，喷雾干燥，干燥温度为90～100℃，然后压制成规定尺寸形状的压坯后装入脱蜡烧结一体炉内，通入露点-60℃的氢气，炉温在35～40小时内由室温升温至500℃；然后在8～9小时内再升温至产品出现液相，此阶段炉内压力≤0.8mbar；出现液相后再向炉内充入40mbar左右、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，1.5～2小时升温至最终烧结温度1460℃，保温50分钟后再通入50bar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，继续保温40分钟后冷却到室温。最终获得的无磁合金产品性能：洛氏硬度：88.4HRA，抗弯强度3100MPa，密度14.36 g/cm³，磁力0KA/m，钴磁≤0.1%。

实施例3：制备单重10Kg无磁硬质合金（外径212mm），成分及重量百分比为：镍：10%，碳化铬：1.0%，碳化钨：余量。

原料成分及重量百分比为：镍粉：10%，碳化铬粉：1.0%，碳化钨粉：余量。按比例称取各原料，加入成型剂，将配制好的混合料在湿磨机内球磨后，喷雾干燥，干燥温度为90～100℃，然后压制成规定尺寸形状的压坯后装入脱蜡烧结一体炉内，通入露点-60℃的氢气，炉温在25～35小时内由室温升温至450℃，完成成型剂脱除；然后在7～8小时内再升温至产品出现液相，此阶段炉内压力≤0.8mbar；出现液相后再向炉内充入40mbar左右、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，1小时升温至最终烧结温度1480℃，保温30分钟后再通入50bar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，继续保温30分钟后冷却到室温。最终获得的无磁合金产品性能：洛氏硬度：89.5HRA，抗弯强度3100MPa，密度14.53 g/cm³，磁力0KA/m，钴磁≤0.1%。

实施例4：制备单重6.35Kg无磁硬质合金（外径160mm），成分及重量百分比为：镍：8%，碳化铬：0.5%，碳化钨：余量。

原料成分及重量百分比为：镍粉：8%，碳化铬粉：0.5%，碳化钨粉：余量。按比例称取各原料，加入成型剂，将配制好的混合料在湿磨机内球磨后，喷雾干燥，干燥温度为90～100℃，然后压制成规定尺寸形状的压坯后装入脱蜡烧结一体炉内，通入露点-60℃的氢气，炉温在25～27小时内由室温升温至450℃，完成成型剂脱除；然后在7～8小时内再升温至产品出现液相，此阶段炉内压力≤0.8mbar；出现液相后再向炉内充入40mbar左右、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，1小时升温至最终烧结温度1480℃，保温30分钟后再通入50bar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，继续保温30分钟后冷却到室温。最终产品洛氏硬度89.9HRA，抗弯强度3050MPa，密度14.78g/cm³，磁力0KA/m，钴磁≤0.1%。

实施例5：制备单重63.2Kg无磁硬质合金（外径500mm），成分及重量百分比为：镍：15%，碳化铬：1.5%，碳化钨：余量。

原料成分及重量百分比为：镍粉：15%，碳化铬粉：1.5%，碳化钨粉：余量。按比例称取各原料，加入成型剂，将配制好的混合料在湿磨机内球磨后，喷雾干燥，干燥温度为90～100℃，然后压制成规定尺寸形状的压坯后装入脱蜡烧结一体炉内，通入露点-60℃的氢气，炉温在42～45小时内由室温升温至550℃完成成型剂脱除；然后在8～9小时内再升温至产品出现液相，此阶段炉内压力≤0.8mbar；出现液相后再向炉内充入40mbar左右、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，1.5～2小时升温至最终烧结温度1460℃，保温60分钟后再通入50bar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，继续保温60分钟后冷却到室温。最终产品洛氏硬度： 87.4HRA，抗弯强度：3150MPa，密度：14.13 g/cm³，磁力0KA/m，钴磁≤0.1%。

Claims

1.一种无磁硬质合金，以碳化钨为主要组分，其特征在于：该无磁合金的成份及重量百分比为：

镍：8%～15%

碳化铬：0.5%～1.5%

碳化钨：余量。

2.根据权利要求1所述的无磁硬质合金，其特征在于：该无磁合金的成份及重量百分比为：

镍：10%～12%

碳化铬：0.5%～1.0%

碳化钨：余量。

3. 根据权利要求1所述的无磁硬质合金，其特征在于：该无磁合金的成份及重量百分比为：

镍：11%

碳化铬：0.75%

碳化钨：余量。

4. 如权利要求1至3之一所述的无磁硬质合金的制备方法，包括原料配制、湿磨、干燥、压制、烧结等工序，其特征在于：原料成分及重量百分比为镍粉8%～15%，碳化铬粉0.5%～1.5%，碳化钨粉余量；原料配制时加入成型剂。

5. 根据权利要求4所述的无磁硬质合金的制备方法，其特征在于：所述的干燥工序采用喷雾干燥，干燥温度为90～100℃。

6. 根据权利要求4所述的无磁硬质合金的制备方法，其特征在于：所述的烧结采用脱蜡烧结一体化工艺，炉内通入露点-60℃的氢气，炉温在25～45小时内升温至450℃～550℃，完成成型剂脱除；然后在7～9小时内再升温至产品出现液相，此阶段炉内压力≤0.8mbar；出现液相后再向炉内充入40～80mbar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，1～2小时升温至最终烧结温度1460～1480℃，保温30～60分钟后再通入50bar、体积百分比≥99.99%的高纯氩气，继续保温30～60分钟后冷却。