CN103882275A

CN103882275A - 一种增韧硬质合金及其制备方法

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Publication number: CN103882275A
Application number: CN201410135233.2A
Authority: CN
Inventors: 王忆民; 曹群; 李锐
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: CN103882275B

Abstract

本发明的公开了一种高韧性的增韧硬质合金，粘结相为10%~30%的Co、或Co和Ni，抑制剂为0～1.5%的Cr₃C₂，余量为硬质相WC，由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，粗晶粒9~15μm、中晶粒4~7μm、细晶粒2μm以下，平均晶粒度在1.6~3.2μm；其制备包括：配料，钴粉、或钴粉加镍粉10%~30%，碳化铬粉0～1.5%，余量为碳化钨粉，其中粗颗粒WC的Fsss粒度9.0~11.0μm、20%~42%，中颗粒WC的Fsss4.0~6.0μm、10%~25%，细颗粒WC的Fsss1.0~2.0μm、20%~40%；研磨，按配料的2%加入液体石蜡成型剂，按液固比300~350ml/kg与无水乙醇混合，球料比4:1，湿磨20~28个小时，喷雾干燥得到混合料；压制；真空烧结等静压烧结；本发明使合金在保证硬度的前提下提高韧性，扩展了运用领域，满足了冷镦冷冲模具以及热轧硬质合金辊环的特殊要求，且使用寿命提高。

Description

一种增韧硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种增韧硬质合金及其制备方法，尤其是适用于要求高耐磨性、高韧性的五金紧固件行业的冷镦冷冲硬质合金模具、以及钢铁行业的热轧硬质合金辊环用增韧硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金具有高耐磨性特点在工业中广泛运用，比如随着紧固件行业的快速发展，具有高强度、高硬度优点的硬质合金在冷镦模具领域已逐步代替合金工具钢被广泛使用，它主要用于直接接触工件的部位，将硬质合金作为芯模压入钢材料外套中，其更耐磨更高效，使用寿命提高十几至几十倍。又比如在轧钢行业，特别是高速线材轧制中，硬质合金辊环与其他材质辊环相比，具有更耐磨、寿命更长、效率更高等优点，其应用效果最好，生产和使用量与日俱增。但是通常硬质合金的耐磨性与韧性是相矛盾的，合金具有高韧性时，硬度低，耐磨性差，而硬度高时，韧性低，脆性增加，即韧性与硬度难以兼顾，往往要靠牺牲其中一项才能满足另一项性能，这是阻碍硬质合金产品性能提高的主要技术问题，严重限制了产品的应用。公告号为CN101008064A、发明名称为《一种晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料及其制备方法》的中国专利文献公开了一种通过添加碳化钛晶须，依靠晶须在材料中所起到的裂纹桥联和偏转、拔除效应等作用，提高材料韧性的方法。公告号为CN102912205A、发明名称为《一种Sr₂Nb₂O₇增韧WC-8%Co硬质合金复合材料及其制备方法》的中国专利文献公开了一种通过添加铁电陶瓷第二相Sr₂Nb₂O₇，依靠其压电性与铁电性，增加裂纹扩展阻力，实现合金增韧的方法。上述专利均可以在一定程度上实现硬质合金韧性的提高，但都是针对于特定应用领域的硬质合金，所表现出的性能主要适用于刀具和矿用硬质合金，难以满足硬质合金辊环、硬质合金冷镦模等耐磨零件的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于为了使合金在保证硬度的前提下提高韧性，扩展硬质合金的运用领域，提供一种高硬度高韧性的增韧硬质合金及其制备方法，以满足紧固件行业对冷镦冷冲硬质合金模具以及钢铁行业对热轧硬质合金辊环的特殊要求，并使产品的使用寿命获得提高。

为了达到此目的，本发明的增韧硬质合金，粘结相为重量百分比10%~30%的Co或者Co和Ni，抑制剂为0～1.5%的Cr₃C₂，余量为硬质相WC，所述硬质相由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，粗晶粒为9~15μm，中晶粒为4~7μm，细晶粒为2μm以下，硬质相WC的平均晶粒度在1.6μm ~3.2μm之间。

所述增韧硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：选取粗、中、细三种粒度的碳化钨粉、钴粉或钴粉和镍粉、碳化铬粉，混合得到配料；所述配料中钴粉或者钴粉加镍粉的重量百分比为10%~30%，碳化铬粉为0～1.5%，余量为粗、中、细三种粒度的碳化钨粉；所述三种粒度的碳化钨粉分别为：粗颗粒WC的Fsss粒度为9.0~11.0μm、在配料粉末中的重量百分比为20%~42%；中颗粒WC的Fsss粒度为4.0~6.0μm、10%~25%；细颗粒WC的Fsss粒度为1.0~2.0μm、20%~40%；

（2）研磨：以液体石蜡为成型剂、按配料的重量百分比的2%加入步骤（1）配好的配料，然后按液固比300~350ml/kg与无水乙醇混合，按球料比4:1，在球磨机内湿磨20~28个小时，采用喷雾干燥得到混合料；

（3）压制：将混合料经干燥后压制成毛坯；

（4）烧结：将上述毛坯在真空烧结等静压炉中烧结得产品。

为适应冷镦冷冲应用需求，在配料中钴粉的重量百分比为20~30%，碳化铬为0.1~0.2%，1.5μm碳化钨粉为25~40%，4μm碳化钨粉为12.5~25%，9μm碳化钨粉为20~38%。

为适应钢铁行业热轧高速线材机架应用需求，在配料中镍粉的重量百分比为3~15%，且镍粉和钴粉在配料中的重量百分比为10~30%；碳化铬为0~1.5%，1.5μm碳化钨粉20~25%，5~6μm碳化钨粉10~25%，10~11μm碳化钨粉35~42%。

为进一步增强韧性，它还包括所述烧结后的产品进行1250℃油淬。

本发明的优点在于：

1、将粗、中、细三种粒度的碳化钨粉搭配钴粉、镍粉和碳化铬粉，合理调配其比例，三种WC颗粒的粒度成梯次分布，既实现了合金硬质相WC晶粒度的多尺度设计，使得钴相更为均匀，孔隙度和裂纹源降低，又实现了粗、中、细三种颗粒之间韧性和耐磨性的优势互补，使得合金的硬度和韧性同时提高，达到了合金增韧的目的。

2、制备工艺简单，成本低。采用本发明方法制备的增韧硬质合金，其硬度可控制在80~90HRA，抗弯强度达3000MPa以上，冲击韧性达9.7J/cm²以上，满足了不同应用领域的要求。如制备的增韧硬质合金用于冷镦模具产品时，使用寿命比现有技术制备的产品提高20%；用于热轧高速线材，单槽过钢量提高30%以上。

附图说明

图1为本发明实施例1的增韧硬质合金金相照片；

图2为本发明实施例2的增韧硬质合金金相照片；

图3为本发明实施例3的增韧硬质合金金相照片；

图4为本发明实施例4的增韧硬质合金金相照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但应理解本发明的范围并不仅限于这些实例的具体数值。

实施例1：一种增韧硬质合金，用于冷镦模具，冷镦45#钢Ф8的螺丝直杆。该合金成分及重量百分比为：钴25%，碳化铬0.1%，余量为碳化钨。

上述增韧硬质合金的制备方法，按比例要求取各原料粉末：钴粉25%，碳化铬0.1%，1.5μm碳化钨粉25%，4μm碳化钨粉12.5%，9μm碳化钨粉37.4%，混合均匀成混合物，混合物按液固比300ml/kg与无水乙醇混合，按球料比4:1，在球磨机内湿磨20个小时，湿磨时按20ml/kg加入液体石蜡作为成型剂，卸料后，料浆经喷雾干燥、压制成型，在真空烧结热等静压炉内进行脱蜡、低压烧结，烧结温度1410℃，保温为60min，采用氩气作为压力介质,压力为6MPa，产品1250℃油淬。产品合金性能为硬度84.3HRA，抗弯强度3200MPa，密度13.0g/cm³。其金相照片如图1所示：硬质相由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，其中粗晶粒为9~ 13μm，中晶粒为4~6μm，细晶粒为2μm以下，平均晶粒度1.6μm。产品使用次数在5万次以上。

实施例2：一种增韧硬质合金，用于冷镦模具，冷镦不锈钢Ф15的螺丝束杆。

该合金成分及重量百分比为：钴22%，碳化铬0.1%，余量为碳化钨。

上述增韧硬质合金的制备方法，按比例要求取各原料粉末：钴粉22%，碳化铬0.1%，1.5μm碳化钨粉37.8%，4.0μm碳化钨粉16.2%，9μm碳化钨粉23.9% ，混合均匀成混合物，混合物按液固比300ml/kg与无水乙醇混合，按球料比4:1，在球磨机内湿磨20个小时，湿磨时按20ml/kg加入液体石蜡作为成型剂，卸料后，料浆经喷雾干燥、压制成型，在真空烧结热等静压炉内进行脱蜡、真空烧结和热等静压，烧结温度1450℃，保温为60min，采用氩气作为压力介质,压力为6MPa，产品1250℃油淬。产品合金性能为硬度85.8HRA，抗弯强度3100MPa，密度13.19g/cm³。其金相照片如图2所示：硬质相由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，其中粗晶粒为9~ 13μm，中晶粒为4~6μm，细晶粒为2μm以下，平均晶粒度2.0μm。产品使用次数在3万次以上。

实施例3：一种增韧硬质合金，用于热轧高速线材预精轧机架。

该合金成分及重量百分比为：钴14%，镍14%，碳化铬1.5 %，余量为碳化钨。

上述增韧硬质合金的制备方法，按比例要求取各原料粉末：钴粉14%，镍粉14%，碳化铬1.5 %，1.5μm碳化钨粉20.0%，5μm碳化钨粉10%，11μm碳化钨粉40.5%，混合均匀成混合物，混合物按液固比330ml/kg与无水乙醇混合，按球料比4:1，在球磨机内湿磨26个小时，湿磨时按25ml/kg加入液体石蜡作为成型剂，卸料后，料浆经喷雾干燥、压制成型，在真空烧结热等静压炉内进行脱蜡、真空烧结和热等静压，烧结温度1410℃，保温为60min，采用氩气作为压力介质，压力为6MPa。产品合金性能为硬度80.0HRA，抗弯强度3000MPa，密度12.70g/cm³。其金相照片如图3所示：硬质相由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，其中粗晶粒为11~15μm，中晶粒为5~ 7μm，细晶粒为2μm以下，平均晶粒度在2.4μm。产品单槽过钢量在5000吨以上。

实施例4：

一种增韧硬质合金，用于热轧高速线材成品机架，该合金成分及重量百分比为：钴7.0%，镍3.0%，余量为碳化钨。

上述增韧硬质合金的制备方法，按比例要求取各原料粉末：钴粉7.0%，镍粉3.0%，1.5μm碳化钨粉25%，5μm碳化钨粉25%，10μm碳化钨粉40%，混合均匀成混合物，混合物按液固比330ml/kg与无水乙醇混合，按球料比4:1，在球磨机内湿磨24个小时，湿磨时按25ml/kg加入液体石蜡作为成型剂，卸料后，料浆经喷雾干燥、压制成型，在真空烧结热等静压炉内进行脱蜡、真空烧结和热等静压，烧结温度1410℃，保温为60min，采用氩气作为压力介质，压力为6MPa。产品合金性能为硬度88.0HRA，抗弯强度3080MPa，密度14.50g/cm³。其金相照片如图4所示：硬质相由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，硬质相由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，其中粗晶粒为10～15μm，中晶粒为5～ 7μm，细晶粒为2μm以下，平均晶粒度在2.0μm。产品单槽过钢量在500吨以上。

Claims

1.一种增韧硬质合金，粘结相为重量百分比10%~30%的Co或者Co和Ni，抑制剂为0～1.5%的Cr₃C₂，余量为硬质相WC，所述硬质相由粗、中、细三种晶粒度的WC晶粒构成，粗晶粒为9~15μm，中晶粒为4~7μm，细晶粒为2μm以下，硬质相WC的平均晶粒度在1.6μm ~3.2μm之间。

2.根据权利要求1所述的增韧硬质合金，其制备包括以下步骤：

（3）压制：将混合料经干燥后压制成毛坯；

（4）烧结：将上述毛坯在真空烧结等静压炉中烧结得产品。

3.根据权利要求2所述的增韧硬质合金的制备方法，其特征在于：在配料中钴粉的重量百分比为20~30%，碳化铬为0.1~0.2%，1.5μm碳化钨粉为25~40%，4μm碳化钨粉为12.5~25%，9μm碳化钨粉为20~38%。

4.根据权利要求2所述的增韧硬质合金的制备方法，其特征在于：在配料中镍粉的重量百分比为3~15%，且镍粉和钴粉在配料中的重量百分比为10~30%；碳化铬为0~1.5%，1.5μm碳化钨粉20~25%，5~6μm碳化钨粉10~25%，10~11μm碳化钨粉35~42%。

5.根据权利要求2所述的增韧硬质合金的制备方法，其特征在于：它还包括所述烧结后的产品进行1250℃油淬。