CN1034875C - 碳化钨-碳化钒-钴硬质合金的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化钨基硬质合金的制造方法。首先将中颗粒钨粉、碳黑、四氧化三钴、五氧化二钒混合料在950～1300℃温度下进行碳化1～1.5小时，制成WC+Co+VC的碳化料，然后用上述碳化料加上钴制成WC-VC-Co硬质合金。采用这种方法可以很简便地用中颗粒钨粉制得细晶的硬质合金。这种合金特别适合应用于制作精密冲压模具。

Description

碳化钨-碳化钒-钴硬质合金的制造方法
本发明涉及硬质合金，更具体地说，本发明是关于精密冲压模具用的WC-VC-Co硬质合金的制造方法。
碳化钨基硬质合金的传统制造方法是，先用钨粉加碳黑制成碳化钨，然后在碳化钨中加入适当比例的钴(3～20％)，经球磨、烘干、制粒、成型和烧结，制得WC-Co类硬质合金毛坯。钨粉碳化过程中需要1300～1900℃的高温。高温碳化不仅需要消耗大量的能源，而且很难得到细晶粒的碳化钨。细颗粒的钨粉可以降低碳化温度，生产出较细的碳化钨粉，但细钨粉本身的生产工艺很复杂，成本较高。
中国杂志《硬质合金》，1984年第4期上发表了“低温碳化法制取WC-Co粉末的研究”一文，该文公开了一种制备WC-Co粉末的方法，将W+6.9％C+4.1％Co3O4的混合料在900℃下碳化2小时可制得WC-Co粉末，总碳6％左右，游离碳小于0.1％。利用该方法可制得中，细颗粒的WC粉。在上述WC-Co粉末中，添加一定量的钴，经烧结即可制得性能较好的硬质合金。但该合金的WC平均粒度为1.2微米～1.6微米，仍不能满足精密冲压模具的精度要求。
在制造WC-Co合金时，为了抑制烧结过程中WC晶粒长大，往往加入一些晶粒长大抑制剂，例如VC、NbC、Cr3C2、TaC等。按照传统工艺，这些抑制剂都是在烧结前球磨混合合金料时添加的。
虽然VC是很好的晶粒长大抑制剂，但在制造实用的硬质合金时，却很少使用它。其原因是VC的加入往往使WC基硬质合金的强度明显下降，而且易于脆裂。
本发明采用一种简易的方法，却获得了意想不到的良好效果。
本发明的目的是提供一种用中颗粒钨粉制备细晶WC基硬质合金的简易方法。用本方法所制得的硬质合金具有很好的硬度和抗弯强度，而且制造成本较低。
本发明的制造方法是，首先将81.27～88.13％中颗粒钨粉(平均粒度1.50～2.0微米)、6.36～8.09％碳黑、3.88～9.18％四氧化三钴、0.69～4.11％五氧化二钒混合料，在950～1300℃温度下进行碳化1～1.5小时，制成WC90.54～98％-CoO～7.35％-VC 0.1～3.47％的碳化料(均为重量百分数)，然后用上述碳化料加上钴制成WC-VC-Co硬质合金。
上述所制得的碳化料的最佳配比为WC92.5～96.2％-Co3～7％-VC0.50～3％(重量百分数)；最佳碳化温度为1100～1170℃。
本发明的特点在于，使用中颗粒钨粉(平均粒度1.5～2.0微米)便可制得细晶合金。在碳化工艺中，除配加碳黑之外，还同时添加Co3O4和V2O5，使得碳化过程在1500±20℃的较低温度下进行。这是由于Co3O4被氢气还原成钴后，与钨和碳生成了Co3W，Co6W6C、Co3W3C等中间产物，对钨粉的碳化起到催化作用，大大促进了钨粉在较低的温度下碳化。
在钨粉碳化阶段同时加入V2O5其目的是在钨粉碳化的同时，V2O5也被碳化生成VC。这样做的好处是，节省了单独制备VC的工序，更重要的是，V2O5的比重小于VC，因而，对于加入同样重量的VC来说，所加入V2O5的体积是VC的2.5倍，这可以保证料混合得更均匀。在V2O5碳化成VC的过程中可以抑制钨粉碳化时的颗粒长大。所制得的VC在烧结过程中对WC晶粒长大再次起到抑制作用，即起到两次抑制的作用。
利用本发明的方法所制备的WC-VC-Co粉末，根据烧成条件，按照传统工艺方法，加入适量的碳黑和钴粉，经球磨、烘干、制粒、成型、烧结，即可制得硬质合金毛坯。现有的硬质合金制造设备和制造工艺都适用于本发明的硬质合金的制造。
下面结合实施例对本发明的制造方法作进一步的描述。
例1～例6均采用市售工业纯原料。例1至例5为本发明范围的实施例，例6为对比实例。各实例中的原料粉末按表1所示的配比称出。表1
   实例序号    W粉粒度(微米)                     配  料(重量％)          碳化料成分(重量％)
W Co3O4 V2O5 C Co VC WC
    1     2.0   87.26     5.44     0.7     6.6     4.1     0.5     余量
    2     1.66   87.31     5.33     0.7     6.66     4.02     0.55     余量
    3     1.40   88.13     4.49     0.7     6.67     3.3     0.5     余量
    4     1.66   81.27     9.18     0.69     6.36     7     0.5     余量
    5     1.66   83.29     3.88     4.11     8.09     3     3     余量
    6     2.0   93.31     0     0     6.69     0     0     100
碳化前，先分析钨粉的含氧量，碳黑、V2O5、Co3O4在烘箱内干燥4小时。然后原料粉末在不锈钢球磨筒中进行混合，球料之比为2∶1，干混6小时。将混合好的料置于石墨舟中，盖好，在Fe-Cr-Al电阻炉内，在氢气气氛中于1100～1170℃下碳化1～1.5小时。经破碎、过筛后，取样分析含钴量、总碳含量及游离含量。有关碳化工艺条件及碳化结果的情况，如表2所示。表2
   实例序号                  碳化工艺                  碳化结果
温度(℃) 时间(小时) 总碳(％) 游离碳(％)
    1     1170     1.5     5.86     ＜0.05
    2     1150     1.5     5.79     ＜0.03
    3     1100     1.0     5.80     痕迹
    4     1150     1.5     5.65     0.03
下面介绍试制CV8和CV15两个牌号的合金，其成分分别为8％Co+0.5％VC+WC和15％Co+0.5％VC+WC。称量碳化好的混合料WC-Co-VC，根据烧结条件配以适量碳黑于球磨桶中混24小时，再根据所需合金牌号加入适量钴粉继续球磨46小时，再加入3％切片石蜡混合2小时后出料。球料之比为3～4∶1，研磨介质为汽油。料浆过筛，其筛孔为40×40微米。干燥至适当程度进行制粒，过筛，真空干燥。将合金粉模压成型，于氢气气氛中排蜡，于1420～1460℃下烧结1小时，即制得合金毛坯。这两种牌号合金的性能与YG8、YG15的性能见表3。表3
   合金牌号 合金成分 硬度   抗弯强度(兆帕)   孔隙度(％)  WC晶粒度(微米)

Claims (3)

1.一种碳化钨-碳化钒-钴硬质合金的制造方法，其技术特征在于，首先将81.27～88.13％中颗粒钨粉(平均粒度1.50～2.0微米)、6.36～8.09％碳黑、3.88～9.18％四氧化三钴、0.69～4.11％五氧化二钒混合料，在950～1300℃温度下进行碳化1～1.5小时，制成WC90.54～98％-Co0～7.35％-VC0.1～3.47％的碳化料(均为重量百分数)，然后用上述碳化料加上钴制成WC-VC-Co硬质合金。
2.如权利要求1所述的硬质合金的制造方法，其技术特征在于，所制得的碳化料的配比为WC92.5～96.2％-Co 3～7％-VC 0.50～3％(均为重量百分数)。
3.如权利要求1或2所述的硬质合金的制造方法，其技术特征在于，所述碳化温度为1100～1170℃。
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