CN103469125B - 一种WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法，依次包括：将WC-Co-Ni3Al硬质合金在1Pa以下的真空条件下以≥10℃/min的速度快速加热到1000℃～1300℃的固溶温度，然后保温10min～120min进行固溶处理；保温结束后通入高压N2或Ar，以≥100℃/min的冷却速度冷却到室温；再在1Pa以下的真空条件下以≥10℃/min的速度加热到600℃～900℃，保温时间≥10h进行时效处理；然后缓慢冷却至室温，获得γ′（Ni3Al）相析出量明显增加的WC-Co-Ni3Al硬质合金；相比未经热处理的合金，本发明热处理后合金中γ′相的析出量明显增加，强化效果更加明显，合金的抗弯强度明显得到进一步提高，同时可以消除前期气淬快冷过程中带来的应力；且工艺简单，操作简便、高效且环保。

Description

一种WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种对硬质合金的加工处理方法， 尤其涉及一种Ni3Al强化粘结相的WC-Co硬质合金的热处理方法。
背景技术
WC基硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、 矿山工具和耐磨零件等。现有的WC基硬质合金材料主要是由基体WC和粘结相Co金属组成。由于Co对WC的润湿性好使其室温综合力学性能好，但其高温耐磨性、高温抗氧化性和抗腐蚀性能均相对较低，在一定程度上限制了以Co作为粘结相的WC基硬质合金的应用。而金属间化合物Ni3Al是镍基耐热合金的重要强化组元 (即γ′相)，在抗氧化、耐腐蚀、防渗碳和耐磨方面具有优越性。以Ni3Al对WC-Co硬质合金的Co粘结相进行强化后，可使合金性能在保持高强度、高韧性的前提下，提高合金的高温综合性能。如中国授权专利“Ni3Al强化粘结相的WC-Co硬质合金及其制备方法”（授权公告号CN102383021B，授权公告日2013年2月13日）公开了一种通过粉末冶金的技术制备以WC为基体、Ni3Al强化Co粘结相的增韧增强的硬质合金及其方法。该方法是先制备出成分均匀、粒度细小的WC+Ni3Al的混合物粉末，并在湿磨过程中添加到WC-Co硬质合金中，获得的Ni3Al强化粘结相的WC-Co硬质合金，由于是直接添加WC+Ni3Al混合粉末，烧结后，合金粘结相中γ′相弥散效果好，组织结构均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性比较好、抗高温氧化性和抗腐蚀性优异。但是，为了达到对析出γ′相数量和尺寸大小的控制，进一步提高对粘结相的强化效果，需要进行相应的热处理，这也是镍基高温合金中常采用的手段。如中国申请专利“一种高温稳定γ′相强化的钴基高温合金及其制备方法”（公开号CN103045910A，公开日2013年4月17日）公开了一种高温稳定γ′相强化的钴基高温合金及其制备方法，其中包括后续的热处理方法，即在高纯氩气保护条件下，将制备的钴基高温合金锭材在固溶温度为1250～1300℃的范围内保温24小时，空冷；接着在时效温度为1000～1100℃的范围内保温8~50小时，淬火冷却，即得到高温稳定γ′相强化的钴基高温合金，其中γ′相是指Co3(Al,W)。
在硬质合金中，一般热处理目的主要是提高粘结相Co中的α-Co（面心立方FCC）含量和粘结相Co对碳化钨的固溶度，从而提高合金的韧性和耐磨性。如早期的硬质合金热处理是在N2保护气氛下采用油淬后真空回火，如中国授权专利“钻探、凿岩用硬质合金的真空热处理方法”（授权公告号CN100393905C，授权公告日2008年6月11日）和中国授权专利“低钴硬质合金钎片的真空热处理方法”(授权公告号CN101050511B，授权公告日2010年11月10日) 分别介绍了采用真空淬火对钻探、凿岩用硬质合金和低钴硬质合金钎片进行热处理的方法。通过这些热处理方法，所得制品金相组织中α-Co相较处理前分别提高10～30%和25～50%，冲击韧性分别提高20～40%和10～25%，使用寿命分别提高60%左右和30～70%。但是，采用这种热处理方法容易造成（1）制品表面油污难以清洁和环境污染；（2） 冷却速度太快，导致制品相应热应力和热变形太大，特别是对于尺寸较大的制品由于产生过大的热应力而容易开裂。
采用高压气淬方法可以避免以上制品表面油污难以清洁和环境污染问题，如中国申请专利“硬质合金双室高压气淬工艺方法”（公开号CN 101481783A，公开日2009年7月15日）公开了一种硬质合金双室高压气淬工艺方法。将烧结好的硬质合金产品置于石墨平板舟皿内，成组进入双室真空热处理炉加热室在1300～1400℃温度下保温10～100分钟；然后将产品一起进入冷却室进行高纯氮气气压淬火，炉内压力为2～6bar，冷却时间为10～30分钟；然后将淬火后产品放入厢式电炉内进行回火处理，回火出来温度为280～480℃，回火时间为5～18小时。采用此热处理方法可增加合金固溶强化效果和钴相韧性，从而提高合金的硬度和抗弯强度。但是气淬快冷仍然会带来合金一定的应力，必须通过低温回火来消除。
中国授权专利“硬质合金刀片基体的热处理方法”（授权公告号CN101838727B，授权公告日2012年11月28日）公开了一种硬质合金刀片基体的热处理方法。将涂层前的硬质合金刀片基体真空加热升温到1050℃～1400℃，然后保温10min～120min，保温结束后通入 2bar～20bar的冷却气体，使硬质合金刀片基体快速冷却到 700℃～ 900℃， 然后保持炉内气氛缓慢冷却至室温。由于是采用高压气体进行冷却，且冷却阶段分为先快速冷却阶段和后缓慢冷却阶段，通过这两个阶段的冷却工艺，使热处理产生的内应力降到最低水平，以至于无需后续回火工艺消除热应力，用一次淬火工艺取代传统的淬火-回火工艺，工艺流程得到简化。该方法尽管能够解决气淬带来的应力的问题，但是以牺牲粘结相对碳化钨的固溶度为代价的，势必影响合金性能的提高。
本发明获得了国家重点基础研究发展计划（973计划）资助（编号：2012CB723906）。
发明内容
本发明主要是针对WC-Co-Ni3Al硬质合金中γ′相强化效果的不足（最好在背景技术中给出一个γ′相析出值），提出一种WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法，其工艺流程简化、操作简单、高效、环保，且有利于提高γ′（指Ni3Al，下同）相的析出量。（最好给出提高值或提高比例）
本发明的WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法，依次包括以下步骤：
（1）固溶处理：将WC-Co-Ni3Al硬质合金在1Pa以下的真空条件下以≥10℃/min的速度快速加热到1000℃～1300℃的固溶温度，然后保温10min～120min进行固溶处理；
（2）快速冷却：保温结束后通入高压N2或Ar，以≥100℃/min的冷却速度冷却到室温；
（3）时效处理：然后再在1Pa以下的真空条件下以≥10℃/min的速度加热到600℃～900℃，保温时间≥10h进行时效处理；
（4）然后缓慢冷却至室温，获得γ′（Ni3Al）相析出量明显增加的WC-Co-Ni3Al硬质合金。
所述固溶温度最优为1100℃～1200℃；所述时效处理温度最优为650℃～750℃。
与现有技术相比，本发明的热处理方法是先进行真空加热并保温，使得Co与Ni3Al之间得到充分地相互固溶，然后通入高压气体N2或Ar对WC-Co-Ni3Al硬质合金进行强制冷却，由于是采用高压气体进行冷却，具有较大的过冷度，使得合金粘结相Co对Ni3Al具有较高固溶度；再加热到时效温度处保温足够的时间，使得粘结相中γ′相得到充分的析出。相比未经热处理的WC-Co-Ni3Al硬质合金试样，热处理后WC-Co-Ni3Al硬质合金中γ′相的析出量明显增加，强化效果更加明显，合金的抗弯强度明显得到进一步提高，同时可以消除前期气淬快冷过程中带来的应力。
本发明的热处理工艺中的固溶气淬和时效处理工艺可分开进行，也可以在同一台热处理炉中先后连续进行，期间不需要取出样品，工艺简单，操作简便；同时，快冷过程是采用气淬工艺，避免了制品表面油污难以清洁和环境污染，高效且环保。
附图说明
图1是本发明的WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法中固溶气淬工艺曲线图；
图2是本发明的WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法中时效处理工艺曲线图；
图3是本发明的WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法中固溶气淬和时效连续处理工艺曲线图；
图4是WC-Co-Ni3Al硬质合金在经本发明热处理方法前、后的抗弯强度对比图；
图5是WC-Co-Ni3Al硬质合金在经本发明热处理方法前、后的粘结相XRD图谱。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，先将粘结相含量为10vol%的WC-Co-Ni3Al硬质合金在真空条件下以30℃/min的速度快速加热到1300℃，然后保温10min进行固溶处理；保温结束后通入高压N2。以100℃/min的冷却速度冷却到室温；然后，以30℃/min的速度真空条件下加热到600℃，保温时间50h进行时效处理；然后缓慢冷却至室温。
采用三点弯曲法分别对WC-Co-Ni3Al热处理前后强度进行测定（WC-Co为参比样）。从图4可以看出，相同粘结相含量的合金，经本发明热处理方法处理后的WC-Co-Ni3Al硬质合金的抗弯强度明显高于其未热处理的WC-Co-Ni3Al硬质合金。
对WC-Co-Ni3Al硬质合金热处理前后的粘结相进行XRD物相分析（其中WC-Co为参比样）。相对未处理的WC-Co-Ni3Al硬质合金试样，经本发明热处理的WC-Co-Ni3Al合金的粘结相，γ′相的第一强线（44角度）峰明显，具有明显的台阶，并且具有明显的第二强线（51.5角度），如图5中间曲线所示。
即：由于利用本发明方法热处理后WC-Co-Ni3Al硬质合金中γ′相的析出量明显增加，强化效果更加明显，合金的抗弯强度明显得到进一步提高，同时由于时效处理后缓慢冷却至室温，前期气淬快冷过程中带来的应力得到消除。
实施例2：如图3所示，先将粘结相含量为10vol%的WC-Co-Ni3Al硬质合金在真空条件下以30℃/min的速度快速加热到1300℃，然后保温10min进行固溶处理；保温结束后通入高压N2。以100℃/min的冷却速度冷却到室温；然后再以30℃/min的速度真空条件下加热到600℃，保温时间50h进行时效处理；然后缓慢冷却至室温。
采用三点弯曲法分别对WC-Co-Ni3Al热处理前后强度进行测定（WC-Co为参比样）。从图4可以看出，相同粘结相含量的合金，经本发明热处理方法处理后的WC-Co-Ni3Al硬质合金的抗弯强度明显高于其未热处理的WC-Co-Ni3Al硬质合金。
对WC-Co-Ni3Al硬质合金热处理前后的粘结相进行XRD物相分析（其中WC-Co为参比样）。相对未处理的WC-Co-Ni3Al硬质合金试样，经本发明热处理的WC-Co-Ni3Al合金的粘结相，γ′相的第一强线（44角度）峰明显，具有明显的台阶，并且具有明显的第二强线（51.5角度），如图5中间曲线所示。
即：热处理工艺中的固溶气淬和时效处理工艺在同一台热处理炉中先后连续进行，期间不需要取出样品，工艺简单，操作简便。
实施例3～9的热处理工艺过程与实施例1或2相同，对WC-Co-Ni3Al硬质合金热处理前后的抗弯强度、粘结XRD物相分析参见图4、图5，具体热处理工艺参数详见表1。
表1. 热处理参数表
序号 合金中粘结相百分含量（vol%） 固溶加热速度（℃/min） 固溶温度（℃） 保温时间（min） 气体 气淬冷却速度（℃/min） 时效加热速度（℃/min） 时效温度（℃） 保温时间（h）
例1 10 30 1300 10 N2 100 30 600 50
例2 10 30 1300 10 Ar 100 30 750 30
例3 10 30 1300 10 N2 100 30 900 10
例4 25 20 1150 60 Ar 150 20 750 30
例5 25 20 1150 60 N2 150 20 900 10
例6 25 20 1150 60 Ar 150 20 600 50
例7 40 10 1000 120 N2 200 10 900 10
例8 40 10 1000 120 Ar 200 10 600 50
例9 40 10 1000 120 N2 200 10 750 30

Claims (3)

1.WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法，依次包括以下步骤：
（1）固溶处理：将WC-Co-Ni3Al硬质合金在1Pa以下的真空条件下以≥10℃/min的速度快速加热到1000℃～1300℃的固溶温度，然后保温10min～120min进行固溶处理；
（2）快速冷却：保温结束后通入高压N2或Ar，以≥100℃/min的冷却速度冷却到室温；
（3）时效处理：然后再在1Pa以下的真空条件下以≥10℃/min的速度加热到600℃～900℃，保温时间≥10h进行时效处理；
（4）然后缓慢冷却至室温，获得γ′（Ni3Al）相析出量明显增加的WC-Co-Ni3Al硬质合金。
2.根据权利要求1所述的WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法，其特征在于：所述固溶温度为1100℃～1200℃。
3.根据权利要求1所述的WC-Co-Ni3Al硬质合金的热处理方法，其特征在于：所述时效处理温度为650℃～750℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104388722B (zh) * 2014-11-07 2017-02-15 厦门钨业股份有限公司 一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法
CN105695716A (zh) * 2016-01-29 2016-06-22 柳州市安龙机械设备有限公司 硬质合金刀具的热处理方法
CN106191728B (zh) * 2016-07-13 2017-12-26 厦门钨业股份有限公司 一种硬质合金工件的热处理工艺
WO2018018506A1 (zh) * 2016-07-28 2018-02-01 杭州巨星工具有限公司 切割部件及其制造方法
CN108588462B (zh) * 2018-06-14 2019-12-31 陕西理工大学 复相共强化硬质合金材料的制备方法
CN108754081B (zh) * 2018-06-19 2020-04-14 鹰普（中国）有限公司 一种双相不锈钢的热处理工艺方法
CN113134610B (zh) * 2021-04-25 2023-03-24 四川德克普数控机床有限公司 粗皮铣刀的制作方法及其五轴数控磨床

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0062311A1 (en) * 1981-04-06 1982-10-13 Mitsubishi Materials Corporation Tungsten carbide-base hard alloy for hot-working apparatus members
CN101481783A (zh) * 2009-03-04 2009-07-15 中南大学 硬质合金双室高压气淬工艺方法
CN101838727A (zh) * 2010-05-24 2010-09-22 株洲钻石切削刀具股份有限公司 硬质合金刀片基体的热处理方法
CN102383021A (zh) * 2011-11-21 2012-03-21 株洲硬质合金集团有限公司 Ni3Al强化粘结相的WC-Co硬质合金及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0062311A1 (en) * 1981-04-06 1982-10-13 Mitsubishi Materials Corporation Tungsten carbide-base hard alloy for hot-working apparatus members
CN101481783A (zh) * 2009-03-04 2009-07-15 中南大学 硬质合金双室高压气淬工艺方法
CN101838727A (zh) * 2010-05-24 2010-09-22 株洲钻石切削刀具股份有限公司 硬质合金刀片基体的热处理方法
CN102383021A (zh) * 2011-11-21 2012-03-21 株洲硬质合金集团有限公司 Ni3Al强化粘结相的WC-Co硬质合金及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Co-Al-W三元合金热处理组织;李相辉等;《北京科技大学学报》;20081231;第30卷(第12期);第1369-1373页 *
WC-Ni3Al-B composites prepared through Ni+Al elemental powder route;Long jian-zhan et al;《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》;20120430;第22卷(第4期);第847-852页 *

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