CN102363854A - 含轻重稀土的超细yg类硬质合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金及其制备方法。该硬质合金组分的重量百分数为：WC硬质相占83％～95％，Co粘接相占6％～15％，晶粒长大抑制剂占0.3％～1.5％，只添加稀土时占0.6～1％。将上述组分的原料粉末，球磨、干燥、制粒得到超细混合料；超细混合料经压力成型，真空烧结或真空通Ar烧结后，在-196℃深冷处理2小时得到超细硬质合金。在混合粉末湿磨时加入稀土添加剂的方法简单易行。轻重稀土的复合添加有利于控制生产成本，优化生产工艺。含有轻重稀土复合添加的超细硬质合金具有高的硬度、强度、良好的红硬性等，且容易在生产中应用。
Description
技术领域
本发明属于超细硬质合金制备技术领域，特别涉及含轻重稀土复合添加的超细WC-Co硬质合金及其制备方法。
背景技术
钨钴类(YG)硬质合金是目前国内外比较常用的硬质合金刀具采用基体材料。超细YG类硬质合金具有优异的物理力学性能和良好的切削性能，硬度、强度和韧性高，且抗热冲击性能好。超细YG类硬质合金的硬度和强度比含钴量相同的一般YG类硬质合金要高很多，硬度一般在90～93HRA，抗弯强度为2000～3500MPa。因此超细晶粒硬质合金适于制造尺寸较小的整体复杂硬质合金刀具，可大幅度提高切削速度。
稀土的添加对硬质合金性能有重要的影响。稀土可以细化晶粒，而且随着添加量的增加，细化效果越明显。混合稀土氧化物的添加不仅可以细化WC晶粒、提高立方钴相含量和消除不连续长大的粗晶WC颗粒，而且还可以增加硬质合金制品的宏观应力，因此硬质合金的强度和韧性得到了显著的提高。稀土的添加会减少烧结时液相的量，相应地减少WC晶粒重结晶的过程，抑制了WC晶粒的长大。另外，加入稀土可以减少气体的析出和孔隙的产生，这是由于稀土与硬质合金内的O、S等杂质形成难溶化合物，净化了WC-Co的界面并且改善其浸润性。由于稀土的添加有利于消除空隙、细化晶粒、净化界面，从而使硬质合金的抗弯强度有很大提高，硬度略有改善，对硬质合金的性能产生重要影响。因此添加稀土为超细硬质合金的制备方法提供了一条新的途径。
轻稀土与重稀土在对合金性能影响方面有不同的作用效果。轻稀土在烧结过程中有向合金表面富集的趋势，在和合金内部有害元素化合的同时可将其排出合金体内部，达到降低合金内部杂质和缺陷的效果；而重稀土则存在于合金内部，富集在晶界附近，改善晶界结合方式，提高合金强度。
深冷处理已经广泛应用于工业生产中，对提高材料性能有很大的帮助。国内外与深冷技术相关的专利主要集中在对钢材和传统合金的制备过程中，未见在制备超细硬质合金工艺中使用深冷处理的专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的含轻重稀土复合添加的超细WC-Co硬质合金及其制备方法，该方法制备的超细硬质合金具有高的硬度和强度，WC晶粒度细小均匀，具有良好的红硬性和自润滑效果，适合用于高速干式切削的粗加工刀具基体。硬度最高可达HRA93，抗弯强度最高可达3500N/mm2。
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于硬质合金的组分为：WC硬质相的重量占硬质合金的83％～95％，Co粘结相的重量占硬质合金的6％～15％，晶粒长大抑制剂的重量占硬质合金的0.3％～1.5％，只添加稀土时，复合稀土添加剂的重量占硬质合金的0.1％～0.6％。
所述的各组分原料粉末粒度为：WC粉粒度为0.4μm，Co粉粒度为1μm，晶粒长大抑制剂粒度为1μm，各稀土添加剂粒度为2～3μm。
所述复合稀土添加剂由轻稀土La、Ce、Nd、Sm，重稀土Dy、Y中的一种或几种复合组成；或者由La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3、Dy2O3、Y2O3中的一种或几种复合组成。
所述晶粒长大抑制剂为VC、Cr3C2、TaC、NbC中的一种或几种复合组成。
所述的轻重稀土复合添加剂与原料粉末混合球磨前，先与Co粉混合球磨10h，以达到细化晶粒的目的。
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金的制备方法，其特征在于，该方法步骤为：按重量百分比称量各种粉末原料后，将配制好的粉末原料放入高能球磨机中研磨，球料比为6～10∶1，以酒精作为球磨介质，加入石蜡，球磨24～100h，球磨后干燥、制粒成流动性良好的混合粉末。将混合料模压成型，压强为：100～200MPa，最后将压坯装入真空脱蜡烧结一体炉中，采用真空烧结或真空通Ar烧结。在1360℃～1400℃保温30～90min进行烧结，烧结后随炉冷却至室温，最后用深冷设备在-196℃下保温2小时，得到硬质合金。
本发明的有益效果为：
本发明与现有的超细YG类硬质合金相比的优点是：在晶粒抑制剂中添加稀土及其氧化物，有利于提高硬质合金的硬度、抗弯强度、红硬性等性能；轻重稀土按一定比例复合加入，在改善硬质合金性能的同时，有利于生产成本的控制，提高经济效益；稀土添加剂原料粉末颗粒较大，可先与Co粉预磨达到要求的粒度，再加入硬质合金，工艺简单，容易实施。真空通Ar烧结工艺有利于提高硬质合金致密度，并且节省了投资和能耗。本发明制备所得到的超细硬质合金的WC平均晶粒度为0.5μm，HRA硬度：92.4，抗弯强度：3200N/mm2。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于硬质合金的组分为：WC硬质相、Co粘结相和复合稀土添加剂。WC硬质相的质量占硬质合金的91％，Co粘结相的质量占硬质合金的8％，轻稀土La、Ce、Nd的质量占硬质合金的0.6％，重稀土Dy、Y的质量占硬质合金的0.4％。
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金的制备方法，该方法步骤为：按重量百分比称量各种粉末原料后，将配制好的粉末原料放入高能球磨机中研磨，球料比为10∶1，以酒精作为球磨介质，加入石蜡，球磨72h，球磨后干燥、制粒成流动性良好的混合粉末。将混合料模压成型，压强为150MPa，最后将压坯装入真空脱蜡烧结一体炉中，在1390℃保60min进行烧结，烧结后随炉冷却，在-196℃下深冷处理2h得到硬质合金。制备的含轻重稀土复合添加剂的超细硬质合金的WC平均晶粒度为0.5μm，HRA硬度为92.6，抗弯强度为2970N/mm2。
实施例2
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于硬质合金的组分为：WC硬质相、Co粘结相、晶粒长大抑制剂、复合稀土添加剂。WC硬质相的质量占硬质合金的90％，Co粘结相的质量占硬质合金的8％，晶粒长大抑制剂VC、Cr3C2、TaC的质量占硬质合金的1％，轻稀土La2O3、CeO2、Nd2O3的质量占硬质合金的0.6％，重稀土Y2O3的质量占硬质合金的0.4％。
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金的制备方法，该方法步骤为：按重量百分比称量各种粉末原料后，将配制好的粉末原料放入高能球磨机中研磨，球料比为10∶1，以酒精作为球磨介质，加入石蜡，球磨72h，球磨后干燥、制粒成流动性良好的混合粉末。将混合料模压成型，压强为200MPa，最后将压坯装入真空脱蜡烧结一体炉中，在1380℃保温60min进行烧结，烧结后随炉冷却，在-196℃下深冷处理2h得到硬质合金。制备的含轻重稀土复合添加剂的超细硬质合金的WC平均晶粒度为0.4μm，HRA硬度为93.0，抗弯强度为3120N/mm2。
实施例3
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于硬质合金的组分为：WC硬质相、Co粘结相、晶粒长大抑制剂、复合稀土添加剂。WC硬质相的质量占硬质合金的88％，Co粘结相的质量占硬质合金的10％，晶粒长大抑制剂VC、Cr3C2、TaC的质量占硬质合金的1％，轻稀土CeO2、Nd2O3、Sm2O3的质量占硬质合金的0.6％，重稀土Dy2O3、Y2O3的质量占硬质合金的0.4％。
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金的制备方法，该方法步骤为：按重量百分比称量各种粉末原料后，将配制好的粉末原料放入高能球磨机中研磨，球料比为10∶1，以酒精作为球磨介质，加入石蜡，球磨72h，球磨后干燥、制粒成流动性良好的混合粉末。将混合料模压成型，压强为200MPa，最后将压坯装入真空脱蜡烧结一体炉中，在1375℃保温60min进行烧结，烧结后随炉冷却，在-196℃下深冷处理2h得到硬质合金。制备的含轻重稀土复合添加剂的超细硬质合金的WC平均晶粒度为0.5μm，HRA硬度为92.2，抗弯强度为3270N/mm2。
实施例4
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于硬质合金的组分为：WC硬质相、Co粘结相、晶粒长大抑制剂、复合稀土添加剂。WC硬质相的质量占硬质合金的83％，Co粘结相的质量占硬质合金的15％，晶粒长大抑制剂VC、Cr3C2、TaC的重量占硬质合金的1.2％，轻稀土CeO2、Nd2O3的重量占硬质合金的0.4％，重稀土Y2O3的重量占硬质合金的0.4％。
含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金的制备方法，该方法步骤为：按重量百分比称量各种粉末原料后，将配制好的粉末原料放入高能球磨机中研磨，球料比为6∶1，以酒精作为球磨介质，加入石蜡，球磨100h，球磨后干燥、制粒成流动性良好的混合粉末。将混合料模压成型，压强为150MPa，最后将压坯装入真空脱蜡烧结一体炉中，在1360℃保温90min进行烧结，高温烧结时通入Ar烧结后随炉冷却，在-196℃下深冷处理2h得到硬质合金。制备的含轻重稀土复合添加剂的超细硬质合金的WC平均晶粒度为0.4μm，HRA硬度为91.5，抗弯强度为3520N/mm2。本方法制备的硬质合金深冷处理前后的性能比较见表1。
表1 深冷处理前后硬质合金的性能比较
Claims (6)
1.含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于硬质合金的组分为：WC硬质相的重量占硬质合金的83％～95％，Co粘结相的重量占硬质合金的6％～15％，晶粒长大抑制剂的重量占硬质合金的0.3％～1.5％，只添加稀土时，复合稀土添加剂的重量占硬质合金的0.1％～0.6％。
2.根据权利要求1所述的含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于，所述的各组分原料粉末粒度为：WC粉粒度为0.4μm，Co粉粒度为1μm，晶粒长大抑制剂粒度为1μm，各稀土添加剂粒度为2～3μm。
3.根据权利要求1所述的含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于所述复合稀土添加剂由轻稀土La、Ce、Nd、Sm，重稀土Dy、Y中的一种或几种复合组成；或者由La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3、Dy2O3、Y2O3中的一种或几种复合组成。
4.根据权利要求1所述的含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金，其特征在于所述晶粒长大抑制剂为VC、Cr3C2、TaC、NbC中的一种或几种复合组成。
5.根据权利要求3所述的轻重稀土复合添加剂，其特征在于与原料粉末混合球磨前，先与Co粉混合球磨10h，以达到细化晶粒的目的。
6.含轻重稀土复合添加剂的超细YG类硬质合金的制备方法，其特征在于，该方法步骤为：按重量百分比称量各种粉末原料后，将配制好的粉末原料放入高能球磨机中研磨，球料比为6～10∶1，以酒精作为球磨介质，加入石蜡，球磨24～100h，球磨后干燥、制粒成流动性良好的混合粉末。将混合料模压成型，压强为：100～200MPa，成型后对压坯进行修整，检验外观质量，最后将压坯装入真空脱蜡烧结一体炉中，在1360℃～1400℃保温30～90min进行真空烧结或者真空通Ar烧结，烧结后随炉冷却，最后在-196℃下深冷处理2小时，得到硬质合金。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120229 |