CN102433485A - 一种铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铁镍基硬质合金刀具材料，该铁镍基硬质合金材料采用了TiC或WC作为基质，以羟基铁粉和/或羟基镍粉作为粘结剂，以TaC、VC中一种或者多种为晶粒抑制剂，以Cr₃C₂作为增硬剂，材料的重量百分比如下：基质：82-87％，羟基铁粉和/或羟基镍粉：6-10％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％，该硬质合金能克服现有技术中的缺陷，采用了铁镍基替代Co，该材料和方法得到的刀具具有硬度高和韧性好的优点，其优良效果足以媲美现有的含Co的硬质合金材料。

Description

一种铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及硬质合金的领域，尤其涉及一种铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法。 

背景技术

随着人类生活水平的不断提高，对资源的需求也不断增长，而资源的作业成本以及在愈加困难的岩层中开辟所带来的新问题，带来了对刀具的抵抗破裂和疲劳断裂的强度、韧性和耐磨性等各方面越来越高的要求，由此，对具有高硬度又具有高强度的耐磨材料以及新部件、新刀具，适应极端条件下的刀具提出了更高的要求，传统的硬质合金由于强度和硬度高、耐磨性好、红硬性好、热膨胀系数小、弹性模量高以及化学稳定性好等一系列优良性能，其广泛应用于各种刀具上。 

然而，传统硬质合金使用了大量的贵重战略资源Co，加剧了资源和环境的紧张局面，世界Co储量为450万吨，且分布主要集中在政局动荡的扎伊尔和赞比亚(两国的Co产量占世界的63％)以及俄罗斯。我国Co资源缺乏，目前已探明Co储量56.30万吨。我国是目前世界最大的硬质合金生产与消费国，占世界的1/3，年消耗Co约1350t。因此每年需要花大量外汇进口Co，但Co的供货与需求情况复杂，很不稳定(中非政局动荡，供货困难；俄罗斯经济不稳定，出口前景不明朗)，致使Co的价格波动幅度较大。而且据报道，肺 癌与吸入含Co的粉末有关。因此硬质合金行业希望降低Co的用量和寻找Co的代替品。 

而通过研究，铁和镍与Co同属铁族金属，它们的密度，熔点，原子半径相近，物理、化学性能相近，都能很好的润湿WC硬质相，而且铁和镍的储量比Co丰富得多，在近期研究中，发现了不少铁和镍替代Co来制造硬质合金的技术，而通过研究，在工艺制造中，将铁和镍掺入硬质合金制造中也是可以实现的，而如何来选择铁和镍的含量，以及采用何种工艺进行制造，均对硬质合金的最终制品产生深厚的影响。 

尽管进行了一些研究，但目前铁和镍来代替Co的硬质合金主要在耐磨零件，矿山工具等领域或其他要求不高的场合得到了有限的应用。而铁和镍代替Co的硬质合金在硬度与耐磨性上与传统硬质合金还存在一定的差距，这样的差距使得它在使用时受到限制。 

本发明的设计者通过长期研究和试验，发现了一种铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法，能克服现有技术中的缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法，该硬质合金能克服现有技术中的缺陷，采用了铁镍基替代Co，该材料和方法得到的刀具具有硬度高和韧性好的优点，其优良效果足以媲美现有的含Co的硬质合金材料。 

为实现上述目的，本发明公开了一种铁镍基硬质合金刀具材料，该铁镍基硬质合金材料采用了TiC或WC作为基质，以羟基铁粉 和/或羟基镍粉作为粘结剂，以TaC、VC中一种或者多种为晶粒抑制剂，以Cr₃C₂作为增硬剂，其特征在于材料的重量百分比如下： 

基质：82-86％，羟基铁粉和/或羟基镍粉：6-10％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

其中，仅采用羟基铁粉作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下： 

TiC或WC：82-84％，羟基铁粉：8-10％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

其中，仅采用羟基镍粉作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下： 

TiC或WC：84-86％，羟基镍粉：6-8％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

其中，采用羟基铁粉和羟基镍粉的混合作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下： 

TiC或WC：83-85％，羟基铁粉：3-4％；羟基镍粉：4-5％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

还公开了一种铁镍基硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤： 

1)初加工：按组成称取原料，将按比例称取的各原料进行湿磨，通过滚筒式球磨机进行，湿磨介质为无水乙醇，研磨球为WC-8wt％Co硬质合金球； 

2)干燥：在真空干燥箱中，将初加工后的浆料进行干燥，干燥条件优选在80～100℃、真空度0～-0.33Pa下干燥6～10小时； 

3)装料：将干燥好的粉料放入烧结模具中压紧； 

4)烧结：在烧结炉中进行烧结、成型，通过真空烧结炉中进行烧结操作。 

通过上述结构，本发明的铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法。具有以下技术效果： 

(1)塑性较好，制造中容易成型，降低了制造难度和成本； 

(2)采用了羟基粉末，避免了制造中的晶粒聚集，能获得较为均匀的粘结分布； 

(3)通过材料的配合，提供了优良的铁镍基的掺杂，从而提高了硬质合金的强度和断裂韧性； 

(4)使用寿命较长，制造简单，所制造的硬质合金材料同时具有高的硬度、强度和韧性，可用于高性能加工切削刀具、模具。 

本发明将通过下面的具体实施例进行进一步的详细描述。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。 

本发明提出了一种铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法，该铁镍基硬质合金材料采用了TiC或WC作为基质，以羟基铁粉和/或 羟基镍粉作为粘结剂，以TaC、VC中一种或者多种为晶粒抑制剂，以Cr₃C₂作为增硬剂，其中材料的重量百分比如下： 

基质：82-86％，羟基铁粉和/或羟基镍粉：6-10％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

其中优选的是，可仅采用羟基铁粉作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下： 

TiC或WC：82-84％，羟基铁粉：8-10％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

其中优选的是，可仅采用羟基镍粉作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下： 

TiC或WC：84-86％，羟基镍粉：6-8％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

其中优选的是，可采用羟基铁粉和羟基镍粉的混合作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下： 

TiC或WC：83-85％，羟基铁粉：3-4％；羟基镍粉：4-5％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。 

其中，本发明的细晶粒WC基硬质合金材料所述制备方法，包括如下工艺步骤和内容： 

1)初加工：按组成称取原料，将按比例称取的各原料进行湿磨，优选的通过滚筒式球磨机进行，湿磨介质为无水乙醇，研磨球为WC-8wt％Co硬质合金球； 

2)干燥：在真空干燥箱中，将初加工后的浆料进行干燥，干燥条件优选在80～100℃、真空度0～-0.33Pa下干燥6～10小时； 

3)装料：将干燥好的粉料放入烧结模具中压紧； 

4)烧结：在烧结炉中进行烧结、成型，优选真空烧结炉中进行烧结操作。 

实施例1： 

本发明实施例的铁镍基硬质合金刀具材料的制造方法和工艺流程如下： 

1)初加工：按组成称取原料，其原料为： 

WC：83％，羟基铁粉：9％；晶粒抑制剂(TiC)：7％；增强剂(Cr₃C₂)：1％； 

将按比例称取的原料加入滚筒式球磨机进行湿磨； 

2)干燥：在真空干燥箱中，将初加工后的浆料进行干燥，干燥条件为90℃、真空度-0.2Pa下干燥8小时； 

3)装料：将干燥好的粉料放入烧结模具中压紧； 

4)烧结：在烧结炉中进行烧结、成型，通过真空烧结炉中进行烧结操作。 

本实施例1所制备的细晶粒WC基硬质合金的数据如下： 

晶粒度：1.8-2.0μm，硬度：93HRA，抗弯曲强度1800MPa。 

实施例2： 

本发明实施例的细晶粒WC基硬质合金的制造方法和工艺流程如下： 

1)初加工：按组成称取原料，其原料为： 

TiC：84％，羟基镍粉：7％；晶粒抑制剂(TiC)：8％；增强剂(Cr₃C₂)：1％； 

将按比例称取的原料加入滚筒式球磨机进行湿磨； 

2)干燥：在真空干燥箱中，将初加工后的浆料进行干燥，干燥条件为90℃、真空度-0.2Pa下干燥8小时； 

3)装料：将干燥好的粉料放入烧结模具中压紧； 

4)烧结：在烧结炉中进行烧结、成型，通过真空烧结炉中进行烧结操作。 

本实施例1所制备的细晶粒WC基硬质合金的数据如下： 

晶粒度：1.6-1.8μm，硬度：92HRA，抗弯曲强度1654MPa。 

实施例3： 

本发明实施例的细晶粒WC基硬质合金的制造方法和工艺流程如下： 

1)初加工：按组成称取原料，其原料为： 

TiC：84％；羟基铁粉：3％；羟基镍粉：4％；晶粒抑制剂(TiC)：8％；增强剂(Cr₃C₂)：1％； 

将按比例称取的原料加入滚筒式球磨机进行湿磨； 

2)干燥：在真空干燥箱中，将初加工后的浆料进行干燥，干燥条件为90℃、真空度-0.2Pa下干燥8小时； 

3)装料：将干燥好的粉料放入烧结模具中压紧； 

4)烧结：在烧结炉中进行烧结、成型，通过真空烧结炉中进行烧结操作。 

本实施例1所制备的细晶粒WC基硬质合金的数据如下： 

晶粒度：1.6-1.8μm，硬度：95HRA，抗弯曲强度1912MPa。 

本发明的铁镍基硬质合金刀具材料及其制备方法。具有以下技术效果： 

(1)塑性较好，制造中容易成型，降低了制造难度和成本； 

(2)采用了羟基粉末，避免了制造中的晶粒聚集，能获得较为均匀的粘结分布； 

(3)通过材料的配合，提供了优良的铁镍基的掺杂，从而提高了硬质合金的强度和断裂韧性； 

(4)使用寿命较长，制造简单，所制造的硬质合金材料同时具有高的硬度、强度和韧性，可用于高性能加工切削刀具、模具。 

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过，但本发明不限制在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。 

Claims (5)

1.一种铁镍基硬质合金刀具材料，该铁镍基硬质合金材料采用了TiC或WC作为基质，以羟基铁粉和/或羟基镍粉作为粘结剂，以TaC、VC中一种或者多种为晶粒抑制剂，以Cr₃C₂作为增硬剂，其特征在于材料的重量百分比如下：

基质：82-86％，羟基铁粉和/或羟基镍粉：6-10％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。

2.如权利要求1所述的细晶粒WC基硬质合金材料，其特征在于，仅采用羟基铁粉作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下：

TiC或WC：82-84％，羟基铁粉：8-10％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。

3.如权利要求1所述的细晶粒WC基硬质合金材料，其特征在于，仅采用羟基镍粉作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下：

TiC或WC：84-86％，羟基镍粉：6-8％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。

4.如权利要求1所述的细晶粒WC基硬质合金材料，其特征在于，采用羟基铁粉和羟基镍粉的混合作为粘结剂，其中材料的重量百分比如下：

TiC或WC：83-85％，羟基铁粉：3-4％；羟基镍粉：4-5％；晶粒抑制剂：7-8％；增强剂：1-2％。

5.如权利要求1或2或3或4所述的铁镍基硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

1)初加工：按组成称取原料，将按比例称取的各原料进行湿磨，通过滚筒式球磨机进行，湿磨介质为无水乙醇，研磨球为WC-8wt％Co硬质合金球；

2)干燥：在真空干燥箱中，将初加工后的浆料进行干燥，干燥条件优选在80～100℃、真空度0～-0.33Pa下干燥6～10小时；

3)装料：将干燥好的粉料放入烧结模具中压紧；

4)烧结：在烧结炉中进行烧结、成型，通过真空烧结炉中进行烧结操作。