CN102653002A - 多层复合硬质合金产品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多层复合硬质合金产品及其制造方法。具体而言，本发明公开了一种多层复合硬质合金产品，它至少包括：第一层硬质合金（1）；与所述第一层硬质合金（1）结合的第二层硬质合金（2）；其中，第一层硬质合金（1）和第二层硬质合金（2）之间的结合是冶金结合，并且第一层硬质合金（1）和第二层硬质合金（2）之间存在明显的界面。本发明还涉及制造这种多层复合硬质合金产品的方法。根据本发明制造的多层复合硬质合金产品具有制造工艺简单快捷且可控，可靠性高，产品性能的可重复性高等优点，并且可满足对产品不同部位的力学性能有不同要求的特定工况条件。
Description
技术领域
本发明属于硬质合金粉末冶金技术领域，具体涉及多层复合硬质合金产品。
背景技术
在硬质合金产品领域中，在很多的工况条件下，对硬质合金产品各部位的性能要求不同，一些部位要求高的耐磨性，而另一些部位要求高的韧性。因此，单一成分或单一晶粒度或单一相结构的硬质合金产品不能满足上述要求。
在本发明之前的现有技术中，为了满足特定工况条件下对硬质合金产品不同部位的要求，通常是设计生产一种梯度硬质合金产品，该技术主要是采用物理或化学方法使产品不同部位的成分、晶粒度或相结构产生差异，使得在具有不同成分、晶粒度或相结构的不同硬质合金之间的界面处产生成分、结构上的渐变梯度。具有这种梯度渐变界面的产品在界面结合强度上具有较大的优势，并且能够满足对硬质合金产品在不同部位或不同阶段的机械性能如强度、韧性、硬度等的要求。
但是，这种梯度硬质合金产品及其制造方法的缺陷也是很明显的，其生产成本高，并且形成渐变梯度的工艺复杂，不好控制，导致最终产品的性能不稳定，可重复性、可靠性和一致性都较差。
另外，这种梯度硬质合金产品及其制造方法也难以满足不同部位多样化差异的需求。
在现有技术中，没有任何能够克服上述缺陷的且具有截然不同结构的多层复合硬质合金产品及其制备工艺。
发明内容
本发明开创性地应用粉末冶金技术，将硬质合金产品的不同部位制备成具有不同的相结构，或者具有不同的成分或不同的晶粒度，其中不同的成分、晶粒度或相结构之间尽管没有渐变梯度的过渡（即具有清晰明显的界面），但仍具有很高的界面结合强度，从而成为具有优越复合性能的多层复合硬质合金产品。这种多层复合硬质合金产品可满足在特定工况条件下对产品不同部位的力学性能的各种不同要求，同时具有制造工艺简单、快捷且可控，产品可靠性高，产品性能的可重复性高等诸多优点。
更重要的是，根据本领域技术人员的传统理解，具有两种以上不同成分、晶粒度或相结构的不同硬质合金的硬质合金产品的不同硬质合金之间的界面如果是清晰明确的界面，则其界面处的结合强度会较差，这会导致在使用过程中出现硬质合金产品沿界面开裂、剥离、界面腐蚀等等不利情况，进而影响硬质合金产品的各项机械性能和使用寿命，等等。
因此，在粉末冶金硬质合金领域中，这样的技术偏见导致本领域技术人员在较长一段时间内，为了避免出现对界面结合强度的削弱，集中精力去研制具有渐变梯度过渡界面的硬质合金产品，从而延缓和阻碍了人们对本发明可行性的认识以及研究和开发。
这种技术偏见最终导致在目前已知的现有技术的市面上具有两种以上不同成分、晶粒度或相结构的不同硬质合金的硬质合金产品中，硬质合金产品在不同硬质合金之间的界面处有一个成分、结构上的渐变梯度，并没有清楚明确的界面。
但是，本发明则开创性地运用创新的制备工艺，实现了将硬质合金产品的不同部位制备成具有不同的成分、晶粒度或相结构，并且在不同的成分、晶粒度或相结构之间尽管具有清晰的界面，但仍具有很高的界面结合强度，这是以往的产品和工艺无法实现且也被认为是不太可能实现的。因此，从这方面来说，本发明还克服了传统技术中普遍存在的技术偏见。
根据本发明，可将不同成分和(或)不同晶粒度和(或)不同相结构的各种硬质合金先分别预成形，通过热等静压烧结成一整体，成为多层复合硬质合金产品，产品各层间为冶金结合，分别具有不同的力学性能。
根据本发明，提供了一种多层复合硬质合金产品，其特征在于，多层复合硬质合金产品至少包括：第一层硬质合金；和与第一层硬质合金结合的第二层硬质合金；其中，第一层硬质合金和第二层硬质合金之间的结合是冶金结合，并且第一层硬质合金和第二层硬质合金之间存在明显的界面。
根据本发明的一方面，第一层硬质合金是高钴粗颗粒合金。
根据本发明的另一方面，第二层硬质合金是中钴超细颗粒合金。
根据本发明的另一方面，第一层硬质合金和第二层硬质合金之间具有不同的成分、晶粒度或相结构。
根据本发明，还提供了一种制造双层复合硬质合金产品的方法，其特征在于，方法包括：预成形第一层硬质合金；预成形第二层硬质合金；将第一层硬质合金与第二层硬质合金配合在一起；利用热等静压烧结工艺将第一层硬质合金与第二层硬质合金烧结成一个整体。
根据本发明的另一方面，第一层硬质合金和第二层硬质合金之间的结合是冶金结合，并且第一层硬质合金和第二层硬质合金之间存在明显的界面，也就是说，第一层硬质合金和第二层硬质合金之间具有明显的分层。
根据本发明，还提供了一种制造两层以上的多层复合硬质合金产品的方法，其特征在于，方法包括：分别地预成形多个硬质合金层；将多个硬质合金层配合在一起；利用热等静压烧结工艺将多个硬质合金层烧结成一个整体。
根据本发明的另一方面，多个硬质合金层之间的结合是冶金结合，并且多个硬质合金层之间存在明显的界面。
附图说明
通过结合以下附图阅读本说明书，本发明的特征、目的和优点将变得更加显而易见。
图1是根据本发明的一示例性实施例的制造双层复合硬质合金球齿产品的工艺的示意图。
图2是根据本发明一示例性实施例的双层复合硬质合金球齿产品的示意性剖面，清楚地显示了该硬质合金产品的两种不同硬质合金以及它们之间的清晰界面。
图3是根据本发明的该示例性实施例的双层复合硬质合金球齿产品的金相结构照片，更进一步清楚地显示了该硬质合金产品的两种不同的显微金相结构之间的清晰界面。
具体实施方式
下面将结合附图将对本发明的一具体实施例进行更详细的描述。
但是，本领域技术人员应当理解，以下所述仅是举例说明和描述一些优选实施方式，其它一些类似的或等同的实施方式同样也可以用来实施本发明。
图1是根据本发明的一示例性实施例的双层复合硬质合金球齿产品的制造工艺的示意图。
在该实施例中，在步骤101中单独预成形第一层硬质合金1，第一层硬质合金1为高钴粗颗粒合金，具有高韧性。在步骤102中单独预成形第二层硬质合金1，第二层硬质合金2为中钴超细颗粒合金，具有高的硬度，具有高耐磨性。其中，在该实施例中，所选择的硬质合金1的钴含量为20%，晶粒度为1.6μm；所选择的硬质合金2的钴含量为12%，晶粒度为0.8μm。根据一种示范性实施方式，先分别在YH41-100C油压机上对硬质合金1和硬质合金2进行预成形，经压合、配合后，再在ONYX2234烧结炉中进行热等静压烧结。
然后，在步骤103中，将第一层硬质合金1和第二层硬质合金2结合在一起，例如经初步压合而配合在一起。这类压合、配合的工艺都是本技术领域公知的，因此不再赘述。
接下来，在步骤104中，采用热等静压烧结(烧结温度例如为1400-1450℃，所施加的压力例如为8-12MPa)，从而形成双层复合硬质合金球齿产品。
所得的双层复合硬质合金球齿产品如图2所示，图2是根据本发明所制备的一示例性实施例的双层复合硬质合金球齿产品的截面图。在图2中，清楚地显示了该硬质合金产品的具有不同成分、晶粒度或相结构的第一层硬质合金1和第二层硬质合金2之间的清晰的界面3，该界面3是清晰而明确的，与现有技术中的渐变过渡的界面明显不同。
图3则更进一步清楚地显示了该双层复合硬质合金球齿产品的显微金相结构之间的该清晰界面3，在该显微金相组织照片3中，依然可以清楚地看到，不同硬质合金1、2之间的该界面3是明显的截然的界面。
对所得的该双层复合硬质合金球齿产品进行性能测试。经检测，上述成分的硬质合金1和硬质合金2的双层复合硬质合金球齿产品（制成B型抗弯强度试样块）的界面结合强度达到了3330MPa。
根据本发明，该实施例中的双层复合硬质合金球齿产品的具有不同成分、晶粒度或相结构的两硬质合金层之间的界面结合为冶金结合，界面结合强度高。并且，该产品的第一层硬质合金1具有高韧性，第二层硬质合金2具有高耐磨性，使球齿既耐磨，又抗冲击。因此，这种复合结构的不同性能组合可以满足特定工况下对产品性能的要求。例如，本发明技术方案已成功应用于本申请人所生产的凿岩用球齿产品。
尽管以上已经针对具有双层复合硬质合金球齿产品对本发明进行了描述，但是，本领域技术人员显然可以理解，本发明也可用于制备具有超过两层的多层复合硬质合金产品，并且也可以制造成具有各种不同的形状和构造，例如层叠的平面构造，套叠的圆柱形构造，等等，这些都不脱离本发明的教导和构思。
本发明的工艺简单，效率高，能满足产品不同部位多样化差异的需求，产品的各层间结合强度高，稳定性好。
以上结合附图将结合具体实施例对本发明进行了详细的描述。但是，本领域技术人员应当理解，以上所述仅仅是举例说明和描述一些具体实施方式，对本发明的范围，尤其是权利要求的范围，并不具有任何限制。
Claims (8)
1.一种多层复合硬质合金产品，其特征在于，所述多层复合硬质合金产品至少包括：
第一层硬质合金（1）；和
与所述第一层硬质合金（1）结合的第二层硬质合金（2）；
其中，所述第一层硬质合金（1）和第二层硬质合金（2）之间的结合是冶金结合，并且所述第一层硬质合金（1）和第二层硬质合金（2）之间存在明显的界面。
2.根据权利要求1所述的多层复合硬质合金产品，其特征在于，所述第一层硬质合金（1）是高钴粗颗粒合金。
3.根据权利要求1或2所述的多层复合硬质合金产品，其特征在于，所述第二层硬质合金（2）是中钴超细颗粒合金。
4.根据权利要求1所述的多层复合硬质合金产品，其特征在于，所述第一层硬质合金（1）和第二层硬质合金（2）之间具有不同的成分、晶粒度或相结构。
5.一种制造双层复合硬质合金产品的方法，其特征在于，所述方法包括：
预成形第一层硬质合金（1）；
预成形第二层硬质合金（2）；
将所述第一层硬质合金（1）与第二层硬质合金（2）配合在一起；
利用热等静压烧结工艺将所述第一层硬质合金（1）与第二层硬质合金（2）烧结成一个整体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一层硬质合金（1）和第二层硬质合金（2）之间的结合是冶金结合，并且所述第一层硬质合金（1）和第二层硬质合金（2）之间存在明显的界面。
7.一种制造两层以上的多层复合硬质合金产品的方法，其特征在于，所述方法包括：
分别地预成形多个硬质合金层；
将所述多个硬质合金层配合在一起；
利用热等静压烧结工艺将所述多个硬质合金层烧结成一个整体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多个硬质合金层之间的结合是冶金结合，并且所述多个硬质合金层之间存在明显的界面。
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