CN102220532A - 用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents

用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料及制备方法，其组分为：碳化钨82～94.9％，钴5～16％；TiC 0.05～1.0％；NbC 0.05～1.0％。其制备工艺是：按配比选用Co粉、WC粉、TiC粉和NbC粉，配好料后以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型，以1400～1500℃温度进行烧结，制得超粗晶粒硬质合金材料。合金中WC的平均晶粒度为5.0～10.0μm，明显高于中粗晶粒合金的WC晶粒度，提高了合金的韧性；同时加入了适量的TiC、NbC，可生成除WC和Co的第三种显微结构相，改善粘结相结构和晶间微观结构，提高了合金的耐磨性、抗冲击和抗热塑变性，使合金的综合性能大大提高。

Description

用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料及其制备方法。
背景技术
截齿是安装在采煤机和掘进机工作机构上用于割煤或割岩的工具，而起切割作用的是焊在截齿头部的合金体。中国是一个煤炭大国，年消耗各类截齿800～900万把，其中镐形截齿约500～600万把，折合硬质合金约400～480吨。以前截齿合金常用材质的钴含量一般为11～13％，晶粒度为2～3μm，硬度为HRA 87.0～87.8。以上普通合金在切割含较多煤矸石和岩层时容易出现碎齿现象，使用寿命较低。此外，15％Co含量以上合金虽然可以解决碎齿问题，但由于截齿在工作时，齿头可产生600～800℃的高温，大的热应力使合金出现龟裂现象，最终导致合金掉块而失效。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种超粗晶粒硬质合金材料及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料，其特征在于其组分具有如下的重量百分比：
碳化钨            82～94.9％，
钴                5～16％；
TiC               0.05～1.0％；
NbC         0.05～1.0％。
进一步地，上述的用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料，其中，所述碳化钨的晶粒度为5～10μm，断裂韧性为17～25MPa m1/2，硬度为HRA 84.0～88.0。
本发明用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料的制备方法，按配比选用Co粉、WC粉、TiC粉和NbC粉，配好料后以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型，以1400～1500℃温度进行烧结，制得超粗晶粒硬质合金材料。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明运用科学的配方，在提高合金韧性的同时，也提高合金的抗冲击和抗热塑变性，延长合金的使用寿命。其制备工艺包括配料、湿磨和烧结工序，由于采用Fsss粒度为10～30μm的粗颗粒WC粉，烧结温度为1400～1500℃，使得合金中WC的平均晶粒度为5.0～10.0μm，明显高于普通合金的WC晶粒度。增大合金中WC的晶粒度，可使Co相平均自由程大，则合金的断裂阻抗大，裂纹扩展缓慢，提高了合金的韧性；同时加入了适量的TiC、NbC，可生成除WC和Co的第三种显微结构相，改善粘结相结构和晶间微观结构，提高了合金的耐磨性、抗冲击和抗热塑变性，从而使合金的综合性能大大提高。本发明超粗晶粒硬质合金用于采煤截齿，其使用寿命提高30～40％。
具体实施方式
用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料，其组分重量百分比为：碳化钨82～94.9％，钴5～16％；TiC 0.05～1.0％；NbC 0.05～1.0％。其中，碳化钨的晶粒度为5～10μm，断裂韧性为17～25MPa m1/2，硬度为HRA 84.0～88.0。合金中WC的平均晶粒度为5.0～10.0μm，明显高于中粗晶粒合金的WC晶粒度，提高了合金的韧性；同时加入了适量的TiC、NbC，可生成除WC和Co的第三种显微结构相，改善粘结相结构和晶间微观结构，可提高了合金的耐磨性、抗冲击和抗热塑变性，从而使合金的综合性能大大提高。
本发明用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料的制备方法，按配比选用Co粉、WC粉、TiC粉和NbC粉，配好料后以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型，以1400～1500℃温度进行烧结，制得超粗晶粒硬质合金材料。
实施例1：
配料时选用重量百分比为9.0％的Co粉，0.25％TiC粉，0.25％NbC粉，90.5％的Fsss粒度为18.0～22.0μm的粗颗粒WC粉。以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型后，以1420～1490℃温度进行烧结。以Φ12.7×19.05的圆柱试样作为检测本发明制备的超粗晶粒硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为7.5μm，断裂韧性为22MPa m1/2，硬度为HRA85.0～86.0。该9.0％Co含量的超粗晶粒合金具有较好的韧性和耐磨性，用于采煤截齿上，适用于切割含坚硬煤矸石的f3～6煤层。
实施例2：
配料时选用重量百分比为10.0％的Co粉，0.5％TiC粉，0.5％NbC粉，89％的Fsss粒度为12.0～16.0μm的粗颗粒WC粉。以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型后，以1420～1490℃温度进行烧结。以Φ12.7×19.05的圆柱试样作为检测本发明制备的超粗晶粒硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为7.0μm，断裂韧性为20MPa m1/2，硬度为HRA85.8～86.8。该10.0％Co含量的超粗晶粒合金具有较好的韧性和耐磨性，用于采煤截齿上，适用于切割含坚硬煤矸石的f3～6煤层。
实施例3：
配料时选用重量百分比为12.0％的Co粉，0.75％TiC粉，0.75％NbC粉，86.5％的Fsss粒度为12.0～16.0μm的粗颗粒WC粉。以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型后，以1400～1470℃温度进行烧结。以Φ12.7×19.05的圆柱试样作为检测本发明制备的超粗晶粒硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为7.0μm，断裂韧性为23MPa m1/2，硬度为HRA84.8～85.8。该12.0％Co含量的超粗晶粒合金具有很好的韧性，用于掘进机截齿上，用于切割含f6～10岩层。
实施例4：
配料时选用重量百分比为16.0％的Co粉，0.75％TiC粉，0.75％NbC粉，82.5％的Fsss粒度为11.0～15.0μm的粗颗粒WC粉。以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型后，以1400～1470℃温度进行烧结。以Φ12.7×19.05的圆柱试样作为检测本发明制备的超粗晶粒硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为6.5μm，断裂韧性为25MPa m1/2，硬度为HRA84.0～85.0。该16.0％Co含量的超粗晶粒合金具有很好的韧性，用于掘进机截齿上，用于切割含f6～10岩层。
实施例5：
配料时选用重量百分比为5.0％的Co粉，0.1％TiC粉，0.1％NbC粉，94.8％的Fsss粒度为26.0～30.0μm的粗颗粒WC粉。以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型后，以1450～1500℃温度进行烧结。以Φ12.7×19.05的圆柱试样作为检测本发明制备的超粗晶粒硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为9.0μm，断裂韧性为19MPa m1/2，硬度为HRA86.2～87.2。该5.0％Co含量的超粗晶粒合金具有较好的韧性和耐磨性，用于采煤截齿上，适用于切割含坚硬煤矸石的f3～6煤层。
综上所述，本发明运用科学的配方，在提高合金韧性的同时，也提高合金的抗冲击和抗热塑变性，延长合金的使用寿命。其制备工艺包括配料、湿磨和烧结工序，由于采用Fsss粒度为10～30μm的粗颗粒WC粉，烧结温度为1400～1500℃，使得合金中WC的平均晶粒度为5.0～10.0μm，明显高于普通合金的WC晶粒度。增大合金中WC的晶粒度，可使Co相平均自由程大，则合金的断裂阻抗大，裂纹扩展缓慢，提高了合金的韧性；同时加入了适量的TiC、NbC，可生成除WC和Co的第三种显微结构相，改善粘结相结构和晶间微观结构，提高了合金的耐磨性、抗冲击和抗热塑变性，从而使合金的综合性能大大提高。本发明的超粗晶粒硬质合金用于采煤截齿，其使用寿命提高30～40％。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料，其特征在于其组分具有如下的重量百分比：
碳化钨      82～94.9％，
钴          5～16％；
TiC         0.05～1.0％；
NbC         0.05～1.0％。
2.根据权利要求1所述的用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料，其特征在于：所述碳化钨的晶粒度为5～10μm，断裂韧性为17～25MPam1/2，硬度为HRA 84.0～88.0。
3.权利要求1所述的用于截齿或挖路齿的超粗晶粒硬质合金材料的制备方法，其特征在于：按配比选用Co粉、WC粉、TiC粉和NbC粉，配好料后以丙酮作为球磨介质进行湿磨，干燥后制得混合料，模压成型，以1400～1500℃温度进行烧结，制得超粗晶粒硬质合金材料。
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