CN101985717A - 高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉进行混合配料，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.4～2.6∶97.4～97.6；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，混合料中的钴与碳化钨的质量之比为8～13∶87～92，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.045～0.055。通过其制备的硬质合金的WC平均晶粒度达到4.0～5.2μm，抗弯强度达到3000～3400MPa，硬度HRA88.0～90.8。

Description

高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种硬质合金的制备方法，特别是一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法。
背景技术
随着硬质合金工业的不断发展，对其原料WC粉(即碳化钨粉)的要求越来越高。特别是超粗型硬质合金的制备，对WC粉的粒度有严格的要求，目前，WC粉的聚集程度较高，粉末粒度不够粗大，粗粒度WC粉末都存在WC颗粒聚集体。由于聚集体的存在，容易造成费氏平均粒度大，而实际粒径偏细的假象。加之聚集体的结合松紧程度不一，因而加大了优质硬质合金的制造难度，使硬质合金制品在耐磨性和韧性上难做到高度的统一。而进口的WC粉末成本大高，不利于国内规模化生产。所以目前所普遍采用的经湿磨、干燥、压制成型、真空烧结等工序生产的粗晶钨钴硬质合金的晶粒最大也是在3.2~4.0μm之间。抗弯强度2600~3000MPa，硬度Hv301150~1320，强度和显微硬度匹配较差，综合性能较低，尤其是合金的高温硬度和高温强度不高，抗冲击和抗热塑变能力较差，难适合在高温环境下工作，大大制约了硬质合金的应用范围。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，通过其制备的硬质合金的WC平均晶粒度达到4.0～5.2μm，抗弯强度达到3000～3400MPa，硬度HRA88.0～90.8，可实现合金强度和显微硬度的良好匹配，使硬质合金制品在耐磨性和韧性上达到高度的统一，提高了合金的综合使用性能。
本发明的技术方案是：一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉进行混合配料，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.4～2.6∶97.4～97.6，碳化钨粉选用Fsss粒度为13.0～18.5μm的粗颗粒碳化钨粉，钴粉的粒度为1.4～2.0μm；湿磨为球磨；湿磨后进行干燥，干燥后得到的混合料进行预烧处理；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为8～13∶87～92，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.045～0.055。
本发明的优选技术方案是：所述湿磨时的球磨介质为丙酮，球料之比为3∶1，固液之比为5∶1，湿磨时间为7～12小时。
本发明进一步的优选技术方案是：所述预烧处理为经3～4小时升温达到700～850℃，再保温55～65分钟。
本发明更进一步的优选技术方案是：预烧处理后的混合料中再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒后要加热至58～62℃进行湿混3.5～4.5小时。
本发明还进一步的优选技术方案是：所述真空低压一体化烧结的最高温度为1440～1460℃。
本发明还进一步的优选技术方案是：配料时选用钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.5∶97.5；碳化钨粉选用Fsss粒度为13.5～15.5μm的粗颗粒碳化钨粉；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为9～11.5∶88.5～91，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.048～0.052。
本发明用到的主要符号或名称的解释：
WC：碳化钨；
Fsss粒度：Fsss英文全名为Fisher Sub-sieve Sizer，即“费氏筛”测定的粒度；
Co：钴；
WC粉：碳化钨粉。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
本发明采用Fsss粒度为13.0～18.5μm接近单晶的普通粗颗粒WC粉以及质量百分比2.5％的粒度1.4～2.0μm金属Co粉；同时增加的预烧处理工序提高WC颗粒被钴的包裹程度，减缓了烧结过程中WC晶粒的不规则长大，使WC保持烧结之前的形貌；辅以湿混工序调配成目标钴量和钴中掺入Co2W4C纳米颗粒能增强粘结相，缓解合金在使用过程中的裂纹扩展，使最终得到的超粗晶粒硬质合金中WC的平均粒度达到4.0～5.2μm，韧性高，而且结晶完整、缺陷少、微观应变小，亚晶粗大均匀、显微硬度高，其耐磨性和抗冲击韧性得到极大的提高，抗弯强度达到了3000～3400MPa，硬度达到了HRA88.0～90.8，实现了强度和显微硬度的良好匹配，从而使合金综合性能大大地提高；由于本发明的高韧性超粗晶硬质合金通过控制钴和Co2W4C纳米颗粒的掺入比例，既强化了粘结相的强度及改善晶间微观结构，提高合金的韧性和耐磨性，更显著提高了合金的抗热冲击能力，使得由本发明的高韧性超粗晶硬质合金制造的矿山、挖掘工具用盾构刀、截齿等质量稳定，其使用寿命延长了30％以上，极大地扩大了硬质合金的使用范围。
为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对发明的范围无任何限制。
具体实施方式
实施例1
一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉(即WC粉)，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.5∶97.5，碳化钨粉选用Fsss粒度为13.0～13.5μm的粗颗粒碳化钨粉，钴粉的粒度为1.4～2.0μm；湿磨为球磨，球磨介质为丙酮，球料之比为3∶1，固液之比为5∶1，湿磨时间为7小时；湿磨后进行干燥，干燥后得到的混合料进行预烧处理，预烧处理经4小时升温达到700～850℃，再保温60分钟；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为8∶92(即要包括首先以钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.5∶97.5的比例已经加入的钴粉，也就是说这次加入的钴粉要满足两次加入的钴粉之和与碳化钨的质量之比为8∶92，以下实施例与此同义)，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.045，并加热至60℃湿混4小时；再经干燥、掺成形剂、制粒、压制成型、真空低压一体化烧结，真空低压一体化烧结的最高温度为1460℃。
将通过本实施例得到的高韧性超粗晶钨钴硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为4.0μm、平均抗弯强度为3000MPa、平均硬度为HRA90.8。
实施例2
一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉(即WC粉)，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.4∶97.6，碳化钨粉选用Fsss粒度为13.5～15.5μm的粗颗粒碳化钨粉，钴粉的粒度为1.4～2.0μm；湿磨为球磨，球磨介质为丙酮，球料之比为3∶1，固液之比为5∶1，湿磨时间为8小时；湿磨后进行干燥，干燥后得到的混合料进行预烧处理，预烧处理经4小时升温达到800℃，再保温60分钟；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为9∶91，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.048，并加热至60℃湿混4小时；再经干燥、掺成形剂、制粒、压制成型、真空低压一体化烧结，真空低压一体化烧结的最高温度为1450℃。
将通过本实施例得到的高韧性超粗晶钨钴硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为4.5μm、平均抗弯强度为3200MPa、平均硬度为HRA89.5。
实施例3
一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉(即WC粉)，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.6∶97.4，碳化钨粉选用Fsss粒度为15.5～17.2μm的粗颗粒碳化钨粉，钴粉的粒度为1.4～2.0μm；湿磨为球磨，球磨介质为丙酮，球料之比为3∶1，固液之比为5∶1，湿磨时间为9小时；湿磨后进行干燥，干燥后得到的混合料进行预烧处理，预烧处理经4小时升温达到750℃，再保温60分钟；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为9.5∶90.5，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.050，并加热至58～62℃湿混4小时；再经干燥、掺成形剂、制粒、压制成型、真空低压一体化烧结，真空低压一体化烧结的最高温度为1450℃。
将通过本实施例得到的高韧性超粗晶钨钴硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为4.8μm、平均抗弯强度为3200MPa、平均硬度为HRA89.0。
实施例4
一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉(即WC粉)，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.5∶97.5，碳化钨粉选用Fsss粒度为17.2～18.0μm的粗颗粒碳化钨粉，钴粉的粒度为1.4～2.0μm；湿磨为球磨，球磨介质为丙酮，球料之比为3∶1，固液之比为5∶1，湿磨时间为10小时；湿磨后进行干燥，干燥后得到的混合料进行预烧处理，预烧处理经3小时升温达到700℃，再保温55～65分钟；
将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为11.5∶88.5，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.052，并加热至58～62℃湿混4小时；再经干燥、掺成形剂、制粒、压制成型、真空低压一体化烧结，真空低压一体化烧结的最高温度为1450℃。
将通过本实施例得到的高韧性超粗晶钨钴硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为5.2μm、平均抗弯强度为3400MPa、平均硬度为HRA88.5。
实施例5
一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉(即WC粉)，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.5∶97.5，碳化钨粉选用Fsss粒度为18.0～18.5μm的粗颗粒碳化钨粉，钴粉的粒度为1.4～2.0μm；湿磨为球磨，球磨介质为丙酮，球料之比为3∶1，固液之比为5∶1，湿磨时间为12小时；湿磨后进行干燥，干燥后得到的混合料进行预烧处理，预烧处理经3小时升温达到700℃，再保温60分钟；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为13∶87，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.055，并加热至60℃湿混3.5～4.5小时；再经干燥、掺成形剂、制粒、压制成型、真空低压一体化烧结，真空低压一体化烧结的最高温度为1440℃。
将通过本实施例得到的高韧性超粗晶钨钴硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为5.0μm、平均抗弯强度为3300MPa、平均硬度为HRA88.0。

Claims (10)

1.一种高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：其包括如下工艺步骤：配料、湿磨、干燥、预烧处理、湿混、干燥、掺成形剂、制粒、压制成型和真空低压一体化烧结；配料时选用钴粉和碳化钨粉进行混合配料，钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.4～2.6∶97.4～97.6，碳化钨粉选用Fsss粒度为13.0～18.5μm的粗颗粒碳化钨粉，钴粉的粒度为1.4～2.0μm；湿磨为球磨；湿磨后进行干燥，干燥后得到的混合料进行预烧处理；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为8～13∶87～92，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.045～0.055。
2.根据权利要求1所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：湿磨时的球磨介质为丙酮，球料之比为3∶1，固液之比为5∶1，湿磨时间为7～12小时。
3.根据权利要求1或2所述的，其特征是：所述预烧处理为经3～4小时升温达到700～850℃，再保温55～65分钟。
4.根据权利要求1或2所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：预烧处理后的混合料中再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒后要加热至58～62℃进行湿混3.5～4.5小时。
5.根据权利要求3所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：预烧处理后的混合料中再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒后要加热至58～62℃进行湿混3.5～4.5小时。
6.根据权利要求1或2所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：所述真空低压一体化烧结的最高温度为1440～1460℃。
7.根据权利要求3所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：所述真空低压一体化烧结的最高温度为1440～1460℃。
8.根据权利要求4所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：所述真空低压一体化烧结的最高温度为1440～1460℃。
9.根据权利要求5所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：所述真空低压一体化烧结的最高温度为1440～1460℃。
10.根据权利要求1或2所述的高韧性超粗晶钨钴硬质合金的制备方法，其特征是：配料时选用钴粉与碳化钨粉的质量之比为2.5∶97.5；碳化钨粉选用Fsss粒度为13.5～15.5μm的粗颗粒碳化钨粉；将预烧处理后的混合料再加入金属钴粉和Co2W4C纳米颗粒，钴粉的加入量要达到使混合料中的钴与碳化钨的质量之比为9～11.5∶88.5～91，Co2W4C纳米颗粒的加入量要达到使混合料中的钴与Co2W4C纳米颗粒的质量之比为1∶0.048～0.052。
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