CN103773986B

CN103773986B - 一种高强度再生硬质合金的制备方法

Info

Publication number: CN103773986B
Application number: CN201410008058.0A
Authority: CN
Inventors: 杨艳玲; 冯亮; 陆德平; 彭文屹; 陆磊
Original assignee: Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences
Current assignee: Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: CN103773986A

Abstract

本发明公开了一种高强度再生硬质合金，其硬度和抗弯强度均优于原生合金。本发明还提供一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：（1）将硬质合金回收料、成型剂和介质按比例混合；（2）连续球磨；（3）将球磨后的混合物进行干燥；（4）将干燥后的混合物通过筛分网筛分；（5）筛分后的混合物进行烧结；（6）烧结结束后在烧结炉内惰性气氛保护下自然冷却至室温。本发明可制备性能优异的再生硬质合金，在优化的工艺条件下可制备出硬度为90.6HRA、抗弯强度为3250MPa的再生YG8硬质合金。与上述同类技术产品进行对比，可以发现本发明开发的技术所制备再生硬质合金产品的综合性能较好，超过同牌号原生硬质合金的性能国家标准。

Description

一种高强度再生硬质合金的制备方法

技术领域

本发明属于废旧硬质合金回收利用技术领域，具体涉及废旧硬质合金制备再生硬质合金。本发明还涉及通过废旧硬质合金制备再生硬质合金的方法。

背景技术

硬质合金是一种以难熔金属化合物WC、TaC、TiC、NbC等为基体，过渡族金属Co、Fe、Ni为粘结相，采用粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料。硬质合金具有很高的硬度和耐磨性，有良好的红硬性，在600℃时超过高速钢的常温硬度，在1000℃高温下超过碳钢的常温硬度，其在现代化机械加工、矿山采掘、金属型材加工等领域中的应用非广泛。近年来，许多国家把废旧硬质合金作为宝贵的第二资源，以解决原钨不足及降低硬质合金生产成本。中南大学2006年张兴华硕士学位论文“废硬质合金回收及再生料工艺优化研究”提到：在烧结温度为1410℃、湿磨时间为48h左右的工艺路线为最优化工艺路线。这个工艺下生产的产品性能指标为：HRA为89.7，抗弯强度为2107MPa。中南大学2009年赵万军硕士学位论文“再生硬质合全性能提高及工艺优化研究”提到：为保证再生合金具有较好的综合物理性能，确定湿磨时间为48小时，烧结温度为1410℃、保温40分钟的工艺路线为优化工艺路线。在此工艺下，用再生料制备的再生合金的硬度达90.0HRA、抗弯强度达1950MPa。中国发明专利CN101658940A公开了“一种硬质合金回收及再生的方法”，再生合金的硬度最高达91.5HRA，抗弯强度最高达3000MPa。虽然再生合金的硬度可以和原生合金媲美，甚至略高于原生合金，但是其抗弯强度始终低于原生合金，影响了再生合金的使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬度和原生合金相当，抗弯强度不低于原生合金的高强度再生硬质合金。本发明还提供一种高强度再生硬质合金的制备方法。

一种高强度再生硬质合金，其特征在于：硬度和抗弯强度均优于原生合金。

作为优化，高强度再生硬质合金硬度达90.6HRA，抗弯强度达3250MPa；高强度再生硬质合金中有质量含量为0.2-1.5%的Y₂O₃。

本发明还提供一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（1）将硬质合金回收料、成型剂和介质按质量：质量：体积比1千克：（0.01～0.1）千克：（0.20～0.40）升混合；

（2）连续球磨，研磨球与原料的质量比为（2～4）：1，球磨时间10～24h；

（3）将球磨后的混合物进行干燥，干燥温度80～100℃，干燥时间0.5～3h；

（4）将干燥后的混合物通过20～100目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物在烧结炉内进行无氧烧结，烧结温度1300～1500℃，烧结时间0.5～2h；

（6）烧结结束后在烧结炉内自然冷却至室温。

为了获得更佳的技术效果，所述的成型剂为PEG4000、PEG600、石蜡、汽油橡胶溶液中的一种或多种混合；所述的介质为无水乙醇；步骤（1）中，添加占混合物总质量0.2～1.5%的Y₂O₃和适量的炭黑，烧结时Y₂O₃被还原而消耗掉硬质合金回收料中的一部分碳，因此需要在反应前添加一定量的炭黑，炭黑的添加量为使得烧结前后混合物中的碳元素质量与钨元素质量比保持一致；步骤（2）中，球料比优选为3：1，球磨时间优选为18h；研磨球的直径优选为1.5～3厘米；步骤（3）中，干燥温度优选为90℃，干燥时间优选为1.5h；步骤（4）中筛分网优选为40目；步骤（5）中，优选进行真空烧结，真空度小于-0.08MPa，步骤（6）中，在真空度小于-0.08MPa下自然冷却至室温；步骤（5）中，优选进行加压烧结，在烧结炉内填充惰性气氛，惰性气氛的压力为3.0～5.0MPa，惰性气氛为氮气、稀有气体中的一种或多种组合，步骤（6）中，在惰性气氛的压力为3.0～5.0MPa下自然冷却至室温；步骤（5）中，烧结压力优选为3.5MPa，烧结温度优选为1450℃，烧结时间优选为1h。

本项目开发的再生硬质合金制备技术可制备性能优异的再生硬质合金，在优化的工艺条件下可制备出硬度为90.6HRA、抗弯强度为3250MPa的再生YG8硬质合金。与上述国内外同类技术产品进行对比，可以发现本项目开发的技术所制备再生硬质合金产品的综合性能较好，超过国产同牌号原生硬质合金的性能标准。

附图说明

图1为本发明实施例3再生硬质合金扫描电镜图；

图2为本发明实施例5再生硬质合金扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图进一步阐释本发明的内容。

对照例

中华人民共和国国家标准GB/T18376.3-2001“硬质合金牌号第3部分：耐磨零件用硬质合金牌号”中的耐磨零件用硬质合金的基本组成和力学参数如下表：

。

实施例1

一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（1）将硬质合金回收料、成型剂PEG4000和介质无水乙醇按质量：质量：体积比1千克：0.02千克：0.28升混合；

（2）连续球磨，球料比为3：1，球磨时间18h，研磨球的直径为3厘米；

（3）将球磨后的混合物进行干燥，干燥温度90℃，干燥时间1.5h；

（4）将干燥后的混合物通过40目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物进行无氧烧结，填充惰性气体氮气，填充至大气压，烧结温度1400℃，烧结时间2h；

（6）烧结结束后在烧结炉内惰性气氛保护下自然冷却至室温。

产品密度14.66g/cm³，硬度90.5HRA，弯曲强度1860MPa。产品性能优于LS-30和LQ-10。

实施例2

一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（1）将硬质合金回收料、成型剂和介质无水乙醇按质量：质量：体积比1千克：0.10千克：0.40升混合，成型剂为PEG4000和PEG600质量比为1：1的混合物；

（2）连续球磨，球料比为2：1，球磨时间24h，研磨球的直径为1.5厘米；

（3）将球磨后的混合物进行干燥，干燥温度80℃，干燥时间3h；

（4）将干燥后的混合物通过20目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物进行无氧烧结，填充惰性气体氮气和氩气混合气氛，填充至大气压，烧结温度1450℃，烧结时间1h；

产品密度14.71g/cm³，硬度90.2HRA，弯曲强度2510MPa。产品性能优于LS-40、LT-30和LQ-30。

实施例3

一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（1）将硬质合金回收料、成型剂汽油橡胶溶液和介质无水乙醇按质量：质量：体积比1千克：0.04千克：0.33升混合；

（2）连续球磨，球料比为4：1，球磨时间10h，研磨球的直径为2厘米；

（3）将球磨后的混合物进行干燥，干燥温度85℃，干燥时间1.0h；

（4）将干燥后的混合物通过100目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物进行无氧真空烧结，先填充氦气填充烧结炉，再抽真空，并保持真空度-0.08MPa，烧结温度1300℃，烧结时间1.5h；

产品密度14.70g/cm³，硬度90.6HRA，弯曲强度3250MPa。产品性能优于LS-40、LT-30和LQ-30。

实施例4

一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（1）硬质合金回收料的碳的重量百分比含量为5.68%，设计反应后硬质合金回收料中碳元素的质量为钨元素质量的6.553%，将Y₂O₃：硬质合金回收料：成型剂石蜡：介质无水乙醇：炭黑按质量：质量：体积：质量比4克：996克：10克：200毫升：0.42克混合；

（2）连续球磨，球料比为2.5：1，球磨时间20h，研磨球的直径为2.5厘米；

（3）将球磨后的混合物进行干燥，干燥温度100℃，干燥时间2.0h；

（4）将干燥后的混合物通过80目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物进行无氧烧结，填充惰性气体氩气气氛，填充至3.0MPa，烧结温度1500℃，烧结时间0.5h；

产品密度14.72g/cm³，硬度90.4HRA，弯曲强度2090MPa。产品性能优于LS-40、LT-30和LQ-30。

实施例5

一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（1）硬质合金回收料的碳的重量百分比含量为5.68%，设计反应后硬质合金回收料中碳元素的质量为钨元素质量的6.553%，将Y₂O₃：硬质合金回收料：成型剂PEG4000：介质无水乙醇：炭黑按质量：质量：体积：质量比2克：998克：60克：300毫升：0.17克混合；

（2）连续球磨，球料比为3.5：1，球磨时间14h，研磨球的直径为2.5厘米；

（3）将球磨后的混合物进行干燥，干燥温度95℃，干燥时间0.5h；

（4）将干燥后的混合物通过60目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物进行无氧压力烧结，填充氦气并保持压力3.5MPa，烧结温度1350℃，烧结时间1.8h；

其他同实施例2，产品密度14.58g/cm³，硬度90.3HRA，弯曲强度2470MPa。产品性能优于LS-40、LT-30和LQ-30。

实施例6

一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（1）硬质合金回收料的碳的重量百分比含量为5.68%，设计反应后硬质合金回收料中碳元素的质量为钨元素质量的6.553%，将Y₂O₃：硬质合金回收料：成型剂PEG4000：介质无水乙醇：炭黑按质量：质量：体积：质量比15克：985克：80克：240毫升：2.17克混合；

（2）连续球磨，球料比为3：1，球磨时间24h，研磨球的直径为1.5厘米；

（3）将球磨后的混合物进行干燥，干燥温度90℃，干燥时间2.5h；

（4）将干燥后的混合物通过50目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物进行无氧压力烧结，填充氦气并保持压力5.0MPa，烧结温度1475℃，烧结时间0.8h；

产品密度14.17g/cm³，硬度89.9HRA，弯曲强度1550MPa。产品性能优于LS-10。

本发明可制备性能优异的再生硬质合金，在优化的工艺条件下可制备出硬度为90.6HRA、抗弯强度为3250MPa的再生YG8硬质合金。与上述同类技术产品进行对比，可以发现本发明开发的技术所制备再生硬质合金产品的综合性能较好，超过同牌号原生硬质合金的性能国家标准。

Claims

1.一种高强度再生硬质合金的制备方法，其步骤为：

（4）将干燥后的混合物通过20～100目的筛分网筛分；

（5）筛分后的混合物在烧结炉内进行无氧烧结，烧结温度1300～1500℃，烧结时间0.5～2h；进行加压烧结，在烧结炉内填充惰性气氛，惰性气氛的压力为3.0～5.0MPa；

（6）烧结结束后在烧结炉内在惰性气氛的压力为3.0～5.0MPa下自然冷却至室温。

2.如权利要求1所述的高强度再生硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，添加占混合物总质量0.2～1.5%的Y₂O₃和适量的炭黑。

3.如权利要求1或2所述的高强度再生硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，球料比优选为3：1，球磨时间优选为18h。

4.如权利要求1或2所述的高强度再生硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，干燥温度优选为90℃，干燥时间优选为1.5h。

5.如权利要求1或2所述的高强度再生硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，烧结压力优选为3.5MPa，烧结温度优选为1450℃，烧结时间优选为1h。