CN104911431A - 一种强韧性超耐磨硬质合金及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强韧性超耐磨硬质合金及其制造方法，按质量百分比包括：Co3.0％～5.0％、VC 0.6％～1.0％、(Ta,Nb)C 4.0％～8.0％、B₄C 5.0％～7.0％、羰基Ni 0.4％～0.8％、Mo₂C 0.4％～0.8％以及余量WC；且上述配料碳平衡值为+0.17％～+0.21％。制造方法包括配料、球磨、干燥-制粒、成型、低温渗碳-低压烧结的工序。通过本发明所提供的方法，用于制造硬质合金可转位刀片、立铣刀、微钻和玻璃刀等切削刀具，适用于对铸铁、碳素钢、合金钢、不锈钢、玻璃和陶瓷等多种材料的切削加工。还可以制造硬质合金耐磨件、密封件、精密模具和高压喷嘴等。能使制得的硬质合金耐磨性和韧性增加，提高工具使用寿命和生产效率。

Description

一种强韧性超耐磨硬质合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种硬质合金，尤其是涉及一种强韧性超耐磨硬质合金及其制造方法。

背景技术

硬质合金是以WC、TiC或二者形成的复式碳化物为硬质相，以Co、Mo、Ni为粘结相，经高温液相烧结而成的硬质材料，硬质合金刀具、工模具、耐磨零件在机械、冶金、采矿、石油、电子等行业具有广泛的应用，因其有很高的硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀等和较稳定的化学性能，故被称用“工业的牙齿”。随着现代化工业的迅猛发展，人们对硬质合金性能提出了越来越高的要求。然而传统的硬质合金的硬度越高其韧性越差，使硬质合金应用受到了一定的限制。

发明内容

本发明一种强韧性超耐磨硬质合金及其制造方法，使得用本方法制得的硬质合金耐磨性和韧性增加。

为达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种强韧性超耐磨硬质合金，配料按质量百分比包括：

Co 3.0％～5.0％、VC 0.6％～1.0％、(Ta,Nb)C 4.0％～8.0％、

B₄C 5.0％～7.0％、羰基Ni 0.4％～0.8％、Mo₂C 0.4％～0.8％以及余量WC；

且上述配料碳平衡值为+0.17％～+0.21％。

优选的，所述WC选用HCP值为(39.5～41.5)KA/m的超细晶粒WC粉。

一种强韧性超耐磨硬质合金的制造方法，包括以下步骤：

1)配料：将超细晶粒WC粉、超细Co粉、超细VC、超细(Ta,Nb)C、超细B₄C、羰基Ni粉以及Mo₂C按比例进行混合。

2)球磨：以酒精作球磨介质，液固比500ml/kg，球料比4.6：1，球磨96小时。

3)干燥、制粒：通过喷雾干燥制粒制得混合料。

4)压模成型；包括模压成型、挤压成型、注射成型。

5)烧结：用低温渗碳-低压烧结法，得到样品。

优选的，所述步骤1)中，超细晶粒WC粉的HCP值为(39.5～41.5)KA/m。

优选的，所述步骤1)中，超细晶粒WC粉粒径为0.25～0.35μm，超细Co粉粒径为0.3～0.6μm，超细VC粒径为0.2～0.8μm、超细(Ta,Nb)C粒径为0.4～1.0μm，超细B₄C粒径为0.4～1.0μm，羰基Ni粉粒径为0.4～1.0μm，Mo₂C粒径为0.2～0.8μm。

优选的，所述步骤1)中，超细Co粉质量百分比为3.0％～5.0％、超细VC质量百分比为0.6％～1.0％、超细(Ta,Nb)C质量百分比为4.0％～8.0％、超细B₄C质量百分比为5.0％～7.0％、羰基Ni粉质量百分比为0.4％～0.8％、Mo₂C质量百分比为0.4％～0.8％以及余量WC，并控制配料碳平衡值为+0.17％～+0.21％。

优选的，所述步骤5)中，低温渗碳-低压烧结法包括以下步骤：

31)装料；

32)抽真空；

33)升温至300～500℃保温1～3小时；

34)升温至1100～1300℃保温0.5～2小时；

35)1330～1350℃低温渗碳0.5～2小时；

36)升温至最终烧结温度1400～1420℃；

37)充Ar加压，压力为5～10Mpa，保温加压0.5～2小时；

38)降压冷却，卸料。

本发明中利用较细的WC为原料粉，同时添加适当比例的晶粒长大抑制剂，同时采用低温渗碳-低压烧结这样就会保障样品烧结后仍能保持较小的晶粒尺寸；材料中利用超细的Co粉，其活性比普通粒径的Co粉具有更高的活性，使烧结更容易致密化；添加硬度较WC大的B₄C，使得硬质合金具有更高的硬度，从而能提高硬质合金的耐磨性；粘结剂中添加一定含量的羰基Ni粉有助于材料韧性的提高，从而弥补了添加B₄C而造成的韧性的降低。

本发明中还利用低温渗碳-低压烧结作为最终成形方法。由于原料的细化，硬质合金制品坯料表面氧化物含量增加，在烧结过程中容易与碳发生化学反应，产生CO或CO₂，影响合金的致密化，同时合金由于脱碳反应易产生缺碳相，不利于合金的力学性能，用低温渗碳-低压烧结弥补了烧结过程中碳的不足，有助于提高样品的力学性能。由于低温渗碳-低压烧结在较低的温度下进行渗碳，比高温渗碳更有利于超细晶粒的获得，超细晶粒的获得有助于提高样品的硬度和韧性。低温渗碳-低压烧结较普通真空烧结具有更低的烧结温度，同时还施加一定的压力，这使得晶粒尺寸长大的可能性大大减小，还能提高烧结硬质合金的致密度，同时低温渗碳-低压烧结还有利于硬质相和粘结剂之间的结合，使得界面结合强度大大提高，从而达到更好的综合力学性能。利用本发明制备的硬质合金WC的平均晶粒度为0.30～0.40μm，硬度达HRA 93.5～94.5，抗弯强度达2600-3200N/mm²。

由于原料选用了HCP值为(39.5～41.5)KA/m的0.25～0.35μm超细晶粒WC粉，以及采用适量的VC、(Ta,Nb)C和Mo₂C做晶粒抑制剂，用低温渗碳-低压烧结可得到硬质合金中WC的平均晶粒度达0.30～0.40μm，超细晶粒的获得有利于硬度、强度和耐磨性的提高；添加(Ta,Nb)C可提高材料的高温硬度和综合使用性能，添加Mo₂C可提高硬质合金的高温韧性；由于B₄C是一种比WC还要硬的固体，在高温下与VC形成金属硼化物，故添加B₄C可提高硬质合金耐磨性，而添加羰基Ni粉可使硬质合金的韧性加强。

本发明的有益效果为：用本方法制得的硬质合金WC粒径较小且分布均匀，提高材料耐磨性和韧性，有效延长刀具寿命和提高刀具的切削效率。

具体实施方式

实施例1：

配料选用HCP值为39.5KA/m的重量百分比为83.8％的超细晶粒WC粉，加入重量百分比3.0％的超细Co粉，并加入重量百分比为1.0％的VC、重量百分比为4.0％的(Ta,Nb)C、重量百分比为7.0％的B₄C、重量百分比为0.7％的羰基Ni粉、重量百分比为0.5％的Mo₂C，控制碳平衡值为0.21％。以酒精作球磨介质，液固比500ml/kg，球料比4.6：1，球磨96小时，喷雾干燥制粒制得混合料，成形后在低压烧结炉用低温渗碳-低压烧结法烧结：升温至1330℃低温渗碳0.5h，升温至1420℃、气压5MPa、保压保温2h，降压冷却后得到实验样品。其硬度HRA 94.5，抗弯强度2600N/mm²，WC的平均晶粒度为0.35μm。

实施例2：

配料选用HCP值为41.5KA/m的重量百分比为80.2％的超细晶粒WC粉，加入重量百分比5.0％的超细Co粉，并加入重量百分比为0.6％的VC、重量百分比为8.0％的(Ta,Nb)C、重量百分比为5.0％的B₄C、重量百分比为0.4％的羰基Ni粉、重量百分比为0.8％的Mo₂C，控制碳平衡值为0.17％。以酒精作球磨介质，液固比500ml/kg，球料比4.6：1，球磨96小时，喷雾干燥制粒制得混合料，成形后在低压烧结炉用低温渗碳-低压烧结法烧结：升温至1350℃低温渗碳2h，升温至1400℃、气压10MPa、保压保温0.5h，降压冷却后得到实验样品。其硬度HRA 93.5，抗弯强度3200N/mm²，WC的平均晶粒度为0.30μm。

实施例3：

配料选用HCP值为40.0KA/m的重量百分比为82.9％的超细晶粒WC粉，加入重量百分比3.5％的超细Co粉，并加入重量百分比为0.9％的VC、重量百分比为5.0％的(Ta,Nb)C、重量百分比为6.5％的B₄C、重量百分比为0.8％的羰基Ni粉、重量百分比为0.4％的Mo₂C，控制碳平衡值为0.20％。以酒精作球磨介质，液固比为500ml/kg，球料比4.6：1，球磨96小时，喷雾干燥制粒制得混合料，成形后在低压烧结炉用低温渗碳-低压烧结法烧结：升温至1335℃低温渗碳1h，升温至1415℃、气压6.5MPa、保压保温1h，降压冷却后得到实验样品。其硬度HRA 94.3，抗弯强度2700N/mm²，WC的平均晶粒度为0.40μm。

实施例4：

配料选用HCP值为40.5KA/m的重量百分比为82.0％的超细晶粒WC粉，加入重量百分比4.0％的超细Co粉，并加入重量百分比为0.8％的VC、重量百分比为6.0％的(Ta,Nb)C、重量百分比为6.0％的B₄C、重量百分比为0.6％的羰基Ni粉、重量百分比为0.6％的Mo₂C，控制碳平衡值为0.19％。以酒精作球磨介质，液固比500ml/kg，球料比4.6：1，球磨90小时，喷雾干燥制粒制得混合料，成形后在低压烧结炉用低温渗碳-低压烧结法烧结：升温至1340℃低温渗碳1.5h，升温至1410℃、气压8MPa、保压保温1.5h，降压冷却后得到实验样品。其硬度HRA 94.1，抗弯强度2900N/mm²，WC的平均晶粒度为0.38μm。

实施例5：

配料选用HCP值为41.0KA/m的重量百分比为81.1％的超细晶粒WC粉，加入重量百分比4.5％的超细Co粉，并加入重量百分比为0.7％的VC、重量百分比为7.0％的(Ta,Nb)C、重量百分比为5.5％的B₄C、重量百分比为0.5％的羰基Ni粉、重量百分比为0.7％的Mo₂C，控制碳平衡值为0.18％。以酒精作球磨介质，液固比500ml/kg，球料比4.6：1，球磨96小时，喷雾干燥制粒制得混合料，成形后在低压烧结炉用低温渗碳-低压烧结法烧结：升温至1345℃低温渗碳2h，升温至结1405℃、气压9MPa、保压保温1.5h，降压冷却后得到实验样品。其硬度HRA 93.8，抗弯强度3050N/mm²，WC的平均晶粒度为0.32μm。

Claims (7)

1.一种强韧性超耐磨硬质合金，其特征在于配料按质量百分比包括：

Co 3.0％～5.0％、VC 0.6％～1.0％、(Ta,Nb)C 4.0％～8.0％、

B₄C 5.0％～7.0％、羰基Ni 0.4％～0.8％、Mo₂C 0.4％～0.8％以及余量WC；

且上述配料碳平衡值为+0.17％～+0.21％。

2.如权利要求1所述的强韧性超耐磨硬质合金，其特征在于：

所述WC选用HCP值为(39.5～41.5)KA/m的超细晶粒WC粉。

3.一种强韧性超耐磨硬质合金的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配料：将超细晶粒WC粉、超细Co粉、超细VC、超细(Ta,Nb)C、超细B₄C、羰基Ni粉以及Mo₂C按比例进行混合。

2)球磨：以酒精作球磨介质，液固比500ml/kg，球料比4.6：1，球磨96小时。

3)干燥、制粒：通过喷雾干燥制粒制得混合料。

4)压模成型；包括模压成型、挤压成型、注射成型。

5)烧结：用低温渗碳-低压烧结法，得到样品。

4.如权利要求3所述的强韧性超耐磨硬质合金的制造方法，其特征在于

所述步骤1)中，超细晶粒WC粉的HCP值为(39.5～41.5)KA/m。

5.如权利要求3所述的强韧性超耐磨硬质合金的制造方法，其特征在于

所述步骤1)中，超细晶粒WC粉粒径为0.25～0.35μm，超细Co粉粒径为0.3～0.6μm，超细VC粒径为0.2～0.8μm、超细(Ta,Nb)C粒径为0.4～1.0μm，超细B₄C粒径为0.4～1.0μm，羰基Ni粉粒径为0.4～1.0μm，Mo₂C粒径为0.2～0.8μm。

6.如权利要求3所述的强韧性超耐磨硬质合金的制造方法，其特征在于

所述步骤1)中，超细Co粉质量百分比为3.0％～5.0％、超细VC质量百分比为0.6％～1.0％、超细(Ta,Nb)C质量百分比为4.0％～8.0％、超细B₄C质量百分比为5.0％～7.0％、羰基Ni粉质量百分比为0.4％～0.8％、Mo₂C质量百分比为0.4％～0.8％以及余量WC，并控制配料碳平衡值为+0.17％～+0.21％。

7.如权利要求3所述的强韧性超耐磨硬质合金的制造方法，其特征在于

所述步骤5)中，低温渗碳-低压烧结法包括以下步骤：

31)装料；

32)抽真空；

33)升温至300～500℃保温1～3小时；

34)升温至1100～1300℃保温0.5～2小时；

35)1330～1350℃低温渗碳0.5～2小时；

36)升温至最终烧结温度1400～1420℃；

37)充Ar加压，压力为5～10Mpa，保温加压0.5～2小时；

38)降压冷却，卸料。