CN102912206B - 一种制造粗晶粒碳化钨硬质合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制造粗晶粒碳化钨（WC）硬质合金的方法，属于粉末冶金生产工艺领域。选取高温还原、高温碳化工艺生产的费氏粒度为10-30μm、研磨态粒度大于6.0μm的粗晶WC为原料的基础上，先将配比中粗晶WC重量的5-15%进行充分研磨，以获得活性高的细晶WC，然后将配比中其余WC和Co粉加入球磨机中，调整湿磨工艺参数，使剩余的WC与Co在混合均匀的情况下，避免过度破碎WC晶粒，通过在烧结过程中活性高的细晶WC的溶解—析出现象，使产品收缩完全致密，同时合金中WC晶粒进一步长大，从而制备出晶粒度达4.0-8.0μm的高性能粗晶硬质合金的方法。

Description

一种制造粗晶粒碳化钨硬质合金的方法

技术领域

本发明涉及一种硬质合金的制备方法，尤其是一种制取粗晶粒WC—Co硬质合金的方法。

背景技术

作为采掘类合金产品，硬质合金在使用过程中受到交变的冲击载荷和温度变化，其破坏形式经常表现为疲劳失效。为了提高合金的抗冲击疲劳和热疲劳能力，需要提高合金的韧性，这可以从提高合金中的钴含量和WC晶粒度入手，而提高合金钴含量的办法会引起合金硬度的下降，导致耐磨性降低，而提高WC晶粒度时，可以在不影响耐磨性的同时，提高合金的韧性，而且WC晶粒度越高，合金的韧性越好。

提高WC晶粒的常用途径是采用粗颗粒的WC粉作为原料，专利200710035791.1介绍了采用Fsss为11.0-15.0μm、HCP值为4.5-5.38KA/m、接近单晶的粗颗粒WC粉为原料制造粗晶硬质合金的方法，采用该方法，在湿磨过程中粗晶WC会被过度破碎，导致最终合金中的WC晶粒只能达到3.2-4.0μm。

专利201010555355.9和201110035634.7分别介绍了在采用粗颗粒WC原料的基础上，通过调整球磨工艺参数，在保证WC与Co充分混合的情况下，减少WC在湿磨过程中的破碎以获得粗晶粒的办法，该方法由于球磨效率受限，WC的表面能较低，在烧结过程中的活性不高，在收缩和晶粒长大方面的溶解—析出现象难以充分发生，导致在合金中容易出现微小孔隙等缺陷，影响合金的整体性能，同时晶粒也难以进一步长大。

专利201210066345.8介绍了将一定比例的细颗粒WC粉与粗WC粉进行混合制取粗晶粒合金的方法，该方法利用细颗粒WC在烧结过程中溶解并在粗颗粒上析出，得到粗晶粒WC粉。与粗WC粉相比，细WC粉在制取过程中存在碳化温度低的特点，此时原料中的杂质难以充分挥发排除，这样所添加的细WC中的杂质会导致所制得的粗晶粒合金中的杂质含量偏高，影响合金的性能。同时在烧结过程中，尽管细WC粉的比表面大，但由于其表面不是“新鲜”表面，活性不高，导致在烧结过程中难以完全溶解并在粗颗粒WC上析出，这时残存的细颗粒WC会影响合金中WC晶粒的整体均匀性。

发明内容

为了克服目前粗晶WC硬质合金生产方法的不足，本发明旨在提供一种新的制取粗晶粒WC合金的方法，该制作方法可以可以有效解决保证绝大多数粗晶WC粉不会被过度破碎。

为达到此目的，本发明所提出的技术方案为：一种粗晶粒碳化钨的制造方法，粗晶粒碳化钨的制造至少包括以下步骤：

第一步：选用高温还原高温碳化工艺制得的粗晶碳化钨（WC）粉为原料，碳化钨（WC）粉的供应态粒度为10μm-30μm、研磨态粒度大于6μm；

第二步：根据合金的配比，将配比中碳化钨（WC）总量的5-15%放入球磨机中，按照球料比4~6：1加入棒球，按0.35-0.5L/kg的液固比加入酒精，球磨20-40小时，使粗晶碳化钨（WC）粉在球磨机中充分破碎成细晶碳化钨（WC）粉；

第三步：将重量为6-15%的钴粉，和剩余的85-95%的粗颗粒碳化钨（WC）粉加入球磨机中，以配料的总重量为基准，分别按2-3：1的球料比补充棒球和按0.15-0.2L/Kg的液固比补充酒精，再球磨6-12小时，使物料混和均匀；

第四步：将上述步骤配好的混合料，按常规的工艺干燥、掺成型剂、压制，并在1440-1480℃进行烧结制得碳化钨（WC）晶粒度度为4-8μm的粗晶粒合金。

进一步地，在合金中还加有0.5-1.5%的TaC或TaNbC，可使合金的耐磨性和抗热疲劳性进一步提高。

进一步地，所述的步骤四的烧结是压力烧结，采用压力烧结代替普通的真空烧结，可进一步减少合金中的孔隙度，提高合金的整体性能。

采用上述方案后，可以确保粗晶WC原料在与Co粉均匀混合的情况下，绝大多数粗晶WC粉不会被过度破碎，通过预先将少量粗晶WC充分破碎成细晶WC，由于这种细WC与普通细颗粒WC相比，具有杂质含量低、内能（晶格畸变）和表面能（“新鲜”表面）高、活性大的特点，使得烧结过程中的溶解—析出机制得以充分发生，保证了合金收缩的完全，减少了可能出现的孔隙，而由粗晶WC破碎产生的细晶WC通过溶解—析出在其余粗晶WC上，又进一步增大了合金中WC的晶粒尺寸。本发明所生产的混合料，采用常规的压制、烧结方法，可制备Co含量为6~15%，WC晶粒度为4~8μm的粗晶粒硬质合金。所制得的粗晶WC合金具有孔隙度低、杂质含量低、平均晶粒大的特点。

附图说明

图1为根据本发明生产的WC-8Co粗晶合金的金相组织照片。

图2为根据本发明生产的WC-9Co-1.0TaC粗晶合金的金相组织照片。

图3为根据本发明生产的WC-13Co粗晶合金的金相组织照片。

具体实施方式

下面将结合具体实施例度本发明做进一步地描述。

实施例1

将28Kg供应态粒度为15μm、研磨态粒度为6.0μm的粗颗粒WC粉放入300L球磨机，同时加入154Kg棒球和12.6L酒精，球磨28小时，然后加入32KgCo粉、340KgWC粉以及966Kg棒球和67.4L酒精，加磨12小时卸料，然后按正常的工艺干燥、掺成型剂、压制成试块，在1460℃烧结1h，对产品进行金相检测，合金中孔隙度为A02B00，WC晶粒度为4.2μm，金相照片如图1所示。

实施例2

将22Kg供应态粒度为23μm、研磨态粒度为6.5μm的粗颗粒WC粉放入300L球磨机，同时加入110Kg棒球和8.8L酒精，球磨35小时，然后加入36KgCo粉、338Kg WC粉和4KgTaC以及690Kg的棒球和71.2L酒精，加磨8小时卸料，然后按正常的工艺干燥、掺成型剂、压制成试块，在1460℃烧结1h，对产品进行金相检测，合金中的孔隙度为A02B00、WC晶粒度为5μm，金相照片如图2所示。

实施例3

将40Kg供应态粒度27μm、研磨态粒度8.3μm的粗颗粒WC粉放入300L球磨机，同时加入200Kg棒球和20L酒精，球磨30小时，然后加入52KgCo粉、308KgWC粉以及800Kg棒球和80L酒精，加磨10h后卸料，然后按正常的工艺干燥、掺成型剂、压制成试块，在1460℃烧结1h，对产品进行金相检测，合金中孔隙度为A00B00、WC晶粒度为7μm，金相照片如图3所示。

通过上述实施例可以看出，本发明涉及一种粗晶粒碳化钨的制造方法，粗晶粒碳化钨的制造至少包括以下步骤：

第一步：选用高温还原高温碳化工艺制得的粗晶碳化钨（WC）粉为原料，碳化钨（WC）粉的供应态粒度为10μm-30μm、研磨态粒度大于6μm；

第二步：根据合金的配比，将配比中碳化钨（WC）总量的5-15%放入球磨机中，按照球料比4~6：1加入棒球，按0.35-0.5L/kg的液固比加入酒精，球磨20-40小时，使粗晶碳化钨（WC）粉在球磨机中充分破碎成细晶碳化钨（WC）粉；

第三步：将重量为6-15%的钴粉，和剩余的85-95%的粗颗粒碳化钨（WC）粉加入球磨机中，以配料的总重量为基准，分别按2-3：1的球料比补充棒球和按0.15-0.2L/Kg的液固比补充酒精，再球磨6-12小时，使物料混和均匀；

第四步：将上述步骤配好的混合料，按常规的工艺干燥、掺成型剂、压制，并在1440-1480℃进行烧结制得碳化钨（WC）晶粒度度为4-8μm的粗晶粒合金。

进一步地，在合金中还加有0.5-1.5%的TaC或TaNbC，可使合金的耐磨性和抗热疲劳性进一步提高。

进一步地，所述的步骤四的烧结是压力烧结，采用压力烧结代替普通的真空烧结，可进一步减少合金中的孔隙度，提高合金的整体性能。

采用上述方案后，可以确保粗晶WC原料在与Co粉均匀混合的情况下，绝大多数粗晶WC粉不会被过度破碎，通过预先将少量粗晶WC充分破碎成细晶WC，由于这种细WC与普通细颗粒WC相比，具有杂质含量低、内能（晶格畸变）和表面能（“新鲜”表面）高、活性大的特点，使得烧结过程中的溶解—析出机制得以充分发生，保证了合金收缩的完全，减少了可能出现的孔隙，而由粗晶WC破碎产生的细晶WC通过溶解—析出在其余粗晶WC上，又进一步增大了合金中WC的晶粒尺寸。本发明所生产的混合料，采用常规的压制、烧结方法，可制备Co含量为6~15%，WC晶粒度为4~8μm的粗晶粒硬质合金。所制得的粗晶WC合金具有孔隙度低、杂质含量低、平均晶粒大的特点。

Claims (3)

1.一种粗晶粒碳化钨的制造方法，其特征在于：粗晶粒碳化钨的制造至少包括以下步骤：

第一步：选用高温还原高温碳化工艺制得的粗晶碳化钨粉为原料，粗晶碳化钨粉的供应态粒度为10μm-30μm、研磨态粒度大于6μm；

第二步：根据合金的配比，将配比中粗晶碳化钨粉总量的5-15%放入球磨机中，按照球料比4~6：1加入棒球，按0.35-0.5L/kg的液固比加入酒精，球磨20-40小时，使粗晶碳化钨粉在球磨机中充分破碎成细晶碳化钨粉；

第三步：将重量为6-15%的钴粉，和剩余的粗晶碳化钨粉加入球磨机中，以配料的总重量为基准，分别按2-3：1的球料比补充棒球和按0.15-0.2L/kg的液固比补充酒精，再球磨6-12小时，使物料混和均匀；

第四步：将上述步骤配好的混合料，按常规的工艺干燥、掺成型剂、压制，并在1440-1480℃进行烧结制得碳化钨晶粒度度为4-8μm的粗晶粒合金。

2.如权利要求1所述的粗晶粒碳化钨的制造方法，其特征在于：在合金中还加有0.5-1.5%的TaC或TaNbC，可使合金的耐磨性和抗热疲劳性进一步提高。

3.如权利要求1所述的粗晶粒碳化钨的制造方法，其特征在于：所述的步骤四的烧结是压力烧结，采用压力烧结代替普通的真空烧结，可进一步减少合金中的孔隙度，提高合金的整体性能。