CN104831101A - 一种硬质合金材料的制备方法与系统 - Google Patents

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Abstract

一种硬质合金的制备方法，其特征在于，以Fsss粒度为0.4μm的WC粉末、Fsss粒度大于0.8μm而小于1μm的Co粉末为原料，以碳化钒和碳化铬为抑制剂，经过配料、球磨、喷雾干燥、挤压成型、压力烧结、深加工等工序，制备出晶粒度小于0.6μm的超细硬质合金。根据本发明的新型硬质合金，金相组织结构完整，具有高硬度、韧性强、耐磨耐腐蚀等特性，能加工HRC硬度大于60°的高硬度材料；采用本发明的新型硬质合金进行金属深孔加工，刀具的使用寿命能提高近30％，切削速度能提升15％。

Description

一种硬质合金材料的制备方法与系统
技术领域
本发明涉及一种硬质合金的制备方法与系统，用于制备新型硬质合金棒材，属于硬质合金技术领域。
由该新型硬质合金制备的整体刀具主要是用来加工HRC硬度＞60°以上的难加工材料，孔深可达150mm以上。
技术背景
现有技术中，用于深孔加工的高硬度硬质合金整体刀具基本上采用刀杆连接的方式进行加长，主要原因是，现有刀具的韧性和耐磨性不能同时满足要求。然而，刀杆连接式硬质合金刀具深孔加工通用性不强，行业需求量不大，有局限性，特别是精度差，寿命低，不能满足市场的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬质合金的制备方法，用于制备新型硬质合金棒材的整体刀具，具有韧性好、耐磨等特性，可用于大于150mm的深孔加工，提高刀具的使用寿命及工作效率、改善工件的品质。
为此，根据本发明的第一方面，提供了一种硬质合金的制备方法，其特征在于，以Fsss粒度为0.4μm的WC粉末、Fsss粒度大于0.8μm而小于1μm的Co粉末为原料，以碳化钒和碳化铬为抑制剂，经过配料、球磨、喷雾干燥、挤压成型、压力烧结工序(优选地还包含深加工工序)，制备出晶粒度小于0.6μm的(超细)硬质合金。
优选地，所述硬质合金为纳米级材料；所述硬质合金制备成插入棒材；和/或，所述硬质合金制备成棒材。
优选地，磨矿介质与物料的质量比为(4.6-5.0):1(优选4.8:1)；球磨时间65-75h；和/或，压力烧结工序中，烧结温度控制在1390-1410℃，烧结时间1.2-1.5h，烧结压力为7-9MPa。
优选地，所述的WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比为(85-88):(12-13.5):(0.8-1.2)。
优选地，所述的碳化钒和碳化铬抑制剂的质量比为0.8-1.2。
根据本发明的第二方面，提供了一种硬质合金，其特征在于，该硬质合金通过本发明所述的方法制成。
优选地，所述硬质合金为纳米级材料；所述硬质合金制备成插入棒材；和/或，所述硬质合金制备成棒材。
根据本发明的第三方面，提供了一种硬质合金的制备系统，其特征在于，该系统依次包括配料装置、球磨装置、喷雾干燥装置、挤压成型装置和压力烧结装置(优选地还包含深加工装置)，配料装置包括WC粉末粒度控制器、Co粉末粒度控制器、碳化钒和碳化铬比例控制器、以及WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比控制器；球磨装置包括磨矿介质与物料的质量比控制器、球磨时间控制器；压力烧结装置包括烧结温度控制器、烧结时间控制器、烧结压力控制器。
优选地，所述硬质合金为纳米级材料；所述硬质合金制备成插入棒材；和/或，所述挤压成型装置包括棒材成型模具。
优选地，WC粉末粒度控制器为Fsss粒度为0.4μm的控制器；Co粉末粒度控制器为Fsss粒度大于0.8μm而小于1μm的控制器；磨矿介质与物料的质量比控制器为(4.6-5.0):1(优选4.8:1)的控制器；球磨时间控制器为65-75h的控制器；烧结温度控制器为1390-1410℃的控制器；烧结时间控制器为1.2-1.5h的控制器；烧结压力控制器为7-9Mpa的控制器；碳化钒和碳化铬比例控制器为0.8-1.2的控制器；和/或，WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比控制器为(85-88):(12-13.5):(0.8-1.2)的控制器。
根据本发明，优化了硬质合金原料、抑制剂等的配料，以及球磨、烧结工艺技术参数，制备出了新型硬质合金。
根据本发明，以Fsss粒度为0.4μm的WC粉末、Fsss粒度大于0.8μm、小于1μm的Co粉末为原料，以及碳化钒和碳化铬为抑制剂，经过配料、球磨、喷雾干燥、挤压成型、压力烧结和深加工等工序，制备出晶粒度小于0.6μm的新型硬质合金棒材；磨矿介质与物料的质量比为4.8：1，球磨时间65-75h；压力烧结工序中，烧结温度控制在1390-1410℃，烧结时间1.2-1.5h，烧结压力为7-9Mpa。
优选地，所述的WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比为(85-88):(12-13.5):(0.8-1.2)。
优选地，所述的碳化钒和碳化铬抑制剂的质量比为0.8-1.2。
根据本发明的新型硬质合金，韧性强、耐磨性好，使用该材质进行深孔加工，刀具的使用寿命能提高近30％，切削速度能提升15％。
根据本发明的新型硬质合金，属高端产品，具有高硬度、韧性强的综合力学性能，耐磨抗折性强。
本发明使用含量更高的钴粉，添加适量的抑制剂，使产品达到优良的力学使用性能，WC原料、钴粉、抑制剂的配方和整个生产流程都有科学的控制。
根据本发明，以晶粒为0.4微米的WC，超细钴粉和超细碳化钒以及化铬作为原料，添加研磨介质酒精和成型剂，经过滚筒湿磨、喷雾干燥、挤压成型、压力烧结和深加工等工序，制备了出新型硬质合金棒材。
本发明的配方并非显而易见，需要付出创造性的劳动进行摸索。抑制剂碳化钒和碳化铬的含量与合理比例的搭配，并不能通过有限次的试验就能够得到。该产品在烧结过程中，必须付出创造性的劳动才能使得这两种抑制剂较好地、合理地抑制WC晶粒度的长大，才能使该产品具有较均匀的金相组织结构，达到高硬度、高强度的性能，进而可用作深孔钻头，并且较普通钻头提高加工效率。
优化烧结工艺的哪些参数以及如果实现这种优化，都不是容易想到的。
附图说明
图1是根据本发明的新型硬质合金棒材的扫描电镜的组织结构图；
图2是根据本发明的新型硬质合金棒材的制备系统结构原理示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，根据本发明的一种硬质合金的制备系统依次包括配料装置10、球磨装置20、喷雾干燥装置30、挤压成型装置40和压力烧结装置50(优选地还包含深加工装置60)，配料装置10包括WC粉末粒度控制器11、Co粉末粒度控制器12、碳化钒和碳化铬比例控制器13、以及WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比控制器14；球磨装置20包括磨矿介质与物料的质量比控制器21、球磨时间控制器22；压力烧结装置50包括烧结温度控制器51、烧结时间控制器52、烧结压力控制器。所述挤压成型装置40包括棒材成型模具41。
根据本发明的硬质合金的制备工艺包括：WC+Co+抑制剂(Cr3C2+VC)→湿磨+喷雾干燥→混合料→型材产品用料→挤压成型→压坯→加压烧结→深加工→新型合金棒材。
实施例1：一种新型硬质合金插入棒材的制备方法。以纳米级Fsss粒度为0.4μm的WC粉末、Fsss粒度为0.92μm的Co粉末，以及少量抑制剂为原料，物料分别按86:13:1的质量比配制，碳化钒和碳化铬的质量比为2:3，其中，WC粉末223.6Kg、Co粉末33.8Kg、碳化钒1.04Kg和碳化铬1.56Kg。用300L的湿磨机球磨，超细硬质合金球与物料的质量比为4.8:1，球磨时间72h，然后，将球磨后的物料喷雾干燥制粒，再压制成标准样品后进行烧结，烧结温度1400℃，烧结时间1.2h，烧结压力为9MPa。通过本实施例可制备出晶粒度小于0.6μm的新型硬质合金棒材。
实施例2：以Fsss粒度为0.4μm的WC粉末、Fsss粒度为0.86μm的Co粉末，以及少量抑制剂为原料，分别按86:13:1的质量比配制物料，碳化钒和碳化铬的质量比为2:3，其中，WC粉末223.6Kg、Co粉末33.8Kg、碳化钒1.04Kg和碳化铬1.56Kg。用300L得湿磨机球磨，超细硬质合金球与物料的质量比为4.8:1，球磨时间75h，然后，将球磨后的物料喷雾干燥制粒，再压制成标准样品后进行烧结，烧结温度1400℃，烧结时间80min，烧结压力为8MPa。通过本实施例可制备出晶粒度小于0.6μm的新型硬质合金棒材。
新型硬质合金棒材材质的物理性能一览表：

Claims (10)

1.一种硬质合金的制备方法，其特征在于，以Fsss粒度为0.4μm的WC粉末、Fsss粒度大于0.8μm而小于1μm的Co粉末为原料，以碳化钒和碳化铬为抑制剂，经过配料、球磨、喷雾干燥、挤压成型、压力烧结工序(优选地还包含深加工工序)，制备出晶粒度小于0.6μm的(超细)硬质合金。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬质合金为纳米级材料；所述硬质合金制备成插入棒材；和/或，所述硬质合金制备成棒材。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，磨矿介质与物料的质量比为(4.6-5.0):1(优选4.8:1)；球磨时间65-75h；和/或，压力烧结工序中，烧结温度控制在1390-1410℃，烧结时间1.2-1.5h，烧结压力为7-9MPa。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比为(85-88):(12-13.5):(0.8-1.2)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳化钒和碳化铬抑制剂的质量比为0.8-1.2。
6.一种硬质合金，其特征在于，该硬质合金通过如权利要求1-5其中之一所述的方法制成。
7.如权利要求6所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金为纳米级材料；所述硬质合金制备成插入棒材；和/或，所述硬质合金制备成棒材。
8.一种硬质合金的制备系统，其特征在于，该系统依次包括配料装置、球磨装置、喷雾干燥装置、挤压成型装置和压力烧结装置(优选地还包含深加工装置)，配料装置包括WC粉末粒度控制器、Co粉末粒度控制器、碳化钒和碳化铬比例控制器、以及WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比控制器；球磨装置包括磨矿介质与物料的质量比控制器、球磨时间控制器；压力烧结装置包括烧结温度控制器、烧结时间控制器、烧结压力控制器。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述硬质合金为纳米级材料；所述硬质合金制备成插入棒材；和/或，所述挤压成型装置包括棒材成型模具。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，WC粉末粒度控制器为Fsss粒度为0.4μm的控制器；Co粉末粒度控制器为Fsss粒度大于0.8μm而小于1μm的控制器；磨矿介质与物料的质量比控制器为(4.6-5.0):1(优选4.8:1)的控制器；球磨时间控制器为65-75h的控制器；烧结温度控制器为1390-1410℃的控制器；烧结时间控制器为1.2-1.5h的控制器；烧结压力控制器为7-9Mpa的控制器；碳化钒和碳化铬比例控制器为0.8-1.2的控制器；和/或，WC粉末、Co粉末和抑制剂的质量比控制器为(85-88):(12-13.5):(0.8-1.2)的控制器。
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