CN105170986A - 一种梯度硬质合金、制备方法及截齿头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种梯度硬质合金，由硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠复合得到，所述硬度层包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量为TaC；所述强度层包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。本发明利用两种分别具有高强度和高硬度的混合料制备出硬度和强度呈梯度分布的材料，使其同时具有高强度和高硬度，实验结果表明，本发明提供的梯度硬质合金的硬度大于91HRA，强度大于3600KN/mm2。本发明还提供了一种梯度硬质合金的制备方法和一种截齿头，本发明采用复合成型方法，使硬度层和强度层之间的结合自然过渡，融为一体，无任何孔隙等缺陷出现。
Description
技术领域
本发明属于挖掘设备技术领域，尤其涉及一种梯度硬质合金、制备方法及截齿头。
背景技术
矿用截齿是采煤及巷道掘进机械中的易损件之一，是落煤及碎煤的主要工具，由于其工作条件的因素，矿用截齿也是矿山机械更换最频繁的零部件之一。中国是煤矿消耗大国，相应的，矿用截齿的消耗量也非常大。
大量的矿用截齿消耗不仅增加采煤成本、影响煤碳生产的经济效益，而且还会因为更换截齿的时间增加而降低生产效率。因此，它的性能好坏直接影响采煤机械生产能力的发挥、功率的消耗、工作平稳性和其他相关零部件的使用寿命。
目前市场上所用的矿用截齿一般是由齿柄、齿体及齿头构成。截齿头是矿用截齿的主要工作部位，它也是决定矿用截齿的机械性能及使用寿命的关键部位。矿用截齿的使用工况相当复杂，环境恶劣，需要截齿头既满足耐磨性，又具有较好的韧性，能够保证足够长的掘进能力。即，要求截齿头同时具有高强度和高硬度。
目前，现有的截齿头多为锻造成型的30CrMn钢、Si钢、42CrM钢。上述材料韧性较好，在采掘时很少发生断裂，但是这些材料为了便于锻造成型以钻孔镶焊硬质合金，限制了合金元素加入量，其硬度受到影响，使其耐磨性能不好，限制了其在采掘作业时的工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种梯度硬质合金、制备方法及截齿头，本发明提供的梯度硬质合金同时具有高硬度和高强度。
本发明提供一种梯度硬质合金，由硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠复合得到，
所述硬度层单片模坯包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量为TaC；
所述强度层单片模坯包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。
优选的，所述硬度层单片模坯的厚度为0.1～10mm。
优选的，所述强度层单片模坯的厚度为0.1～10mm。
优选的，所述强度层单片模坯与硬度层单片模坯的厚度比为1：(0.5～2)。
本发明提供一种梯度硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
A)将硬度层混合料进行注射成型，得到硬度层单片模坯，将强度层混合料进行注射成型，得到强度层单片模坯，
所述硬度层混合料包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量的TaC，
所述强度层混合料包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量的TaC；
B)将所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠，进行温压成型，得到梯度硬质合金坯体；
C)将所述梯度硬质合金坯体进行烧结，得到梯度硬质合金。
优选的，所述步骤A)中注射成型的温度为80～170℃。
优选的，所述步骤B)中温压成型的温度为150～300℃。
优选的，所述步骤C)中烧结的温度为1300～1450℃；
所述烧结的时间为60～90min。
本发明提供一种截齿头，包括梯度和复合在所述基体上的梯度硬质合金，所述梯度硬质合金为上文所述的梯度硬质合金或上文所述的制备方法得到的梯度硬质合金；
所述基体包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。
优选的，所述梯度硬质合金的高度为所述截齿头高度的1/3～1/2；
所述基体的高度为所述截齿头高度的1/2～2/3。
申请人研究发现，梯度功能复合材料(FGM)与均一材料、复合材料不同。它是选用两种(或多种)性能不同的材料，通过连续地改变这两种(或多种)材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化。由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点，因此它能有效地克服传统复合材料的不足：
1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料，可以大大地提高粘结强度；
2)将FGM用作界面层可以减小残余应力和热应力；
3)将FGM用作界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性；
4)用FGM代替传统的均匀材料，既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
有鉴于此，本发明提供了一种梯度硬质合金，由硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠复合得到，所述硬度层单片模坯包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量为TaC；所述强度层单片模坯包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。本发明利用两种分别具有高强度和高硬度的混合料制备出硬度和强度呈梯度分布的材料，使本发明提供的梯度硬质合金同时具有高强度和高硬度，实验结果表明，本发明提供的梯度硬质合金的硬度大于91HRA，强度大于3600KN/mm2。
本发明还提供了一种梯度硬质合金的制备方法，本发明将注射成型和温压成型复合使用，使硬度层单片模坯和强度层单片模坯之间的结合自然过渡，融为一体，无任何孔隙等缺陷出现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1得到的截齿头的结构示意图；
图2为本发明实施例1得到的截齿头中强度层和硬度层交界处的金相图(200μm)；
图3为本发明实施例1得到的截齿头中强度层和硬度层交界处的金相图(10μm)。
具体实施方式
本发明提供了一种梯度硬质合金，由硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠复合得到，
所述硬度层单片模坯包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量为TaC；
所述强度层单片模坯包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。
本发明提供的梯度硬质合金同时具有高强度和高硬度。
本发明提供的梯度硬质合金由硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠复合得到，所述硬度层单片模坯包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量为TaC，优选包括91～93wt％的WC，6～7wt％的Co，余量为TaC，更优选包括92wt％的WC，6.5wt％的Co，余量为TaC；所述硬度层单片模坯的厚度优选为0.1～10mm，更优选为0.5～8mm，最优选为0.6～4mm。
在本发明中，所述强度层单片模坯包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC，优选包括85～87wt％的WC，11～14wt％的Co，余量的TaC，更优选包括86wt％的WC，12～13wt％的Co，余量的TaC；所述强度层单片模坯的厚度优选为0.1～10mm，更优选为0.5～8mm，最优选为0.6～4mm。
本发明优选将若干个强度层单片模坯和若干个硬度层单片模坯依次交叠，进行复合，形成硬度层和强度层依次交叠的梯度硬质合金。在本发明中，所述强度层单片模坯和硬度层单片模坯的厚度比优选为1：(0.5～2)，更优选为1:1；本发明对所述强度层单片模坯和硬度层单片模坯的个数没有特殊的限制，根据实际需要选择合适的个数即可，本发明优选采用一个强度层单片模坯叠放一个硬度层单片模坯，依次类推，得到一层强度层和一层硬度层均匀交替叠加的梯度硬质合金，也就是说，在所述梯度硬质合金中的硬度层和强度层的厚度相同的情况下，得到的梯度硬质合金能够具有更好的性能，因为这样的梯度硬质合金的梯度分布均匀，不会造成实际作业中局部出现脱落或崩裂的情况。在能保证其耐磨的同时，又具有好的冲击韧性。
本发明提供了一种梯度硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
A)将硬度层混合料进行注射成型，得到硬度层单片模坯，将强度层混合料进行注射成型，得到强度层单片模坯，
所述硬度层混合料包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量的TaC，
所述强度层混合料包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量的TaC；
B)将所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠，进行温压成型，得到梯度硬质合金坯体；
C)将所述梯度硬质合金坯体进行烧结，得到梯度硬质合金。
本发明将硬度层混合料进行注射成型，得到硬度层单片模坯，所述硬度层混合料包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量的TaC，优选包括91～93wt％的WC，6～7wt％的Co，余量为TaC，更优选包括92wt％的WC，6.5wt％的Co，余量为TaC；在本发明中，所述硬度层混合料优选还包括发泡剂和成型剂，所述发泡剂优选包括高密度聚乙烯和/或聚乙二醇，所述成型剂优选包括高温蜡和/或低温蜡，所述WC、Co和TaC的质量之和与所述发泡剂和成型剂的质量之比优选为(75～85)：(5～15)：(1～10)。本发明对所述发泡剂和成型剂的来源没有特殊的限制，采用普通市售商品即可。
在本发明中，所述硬度层混合料注射成型的温度优选为80～170℃，更优选为90～160℃，最优选为100～150℃；本发明对所述注射成型的压力没有特殊的限制，根据产品的尺寸和密度进行相应的调整；具体的，本发明优选将所述硬度层混合料倒入粉末冶金注塑机的进料口，设定分段加热的程序，使得混合料在注塑机模腔中熔化、排气及碾压破碎，最后从出料口出来，进入通过三维软件设计好的组合模具中，根据产品的尺寸和密度，配以一定的压力，如，直径为50mm，高度为30mm的产品，在注塑挤压成型过程中需要的压力为14MPa。第一次挤压成型底部流道和凹型腔，随后将模具冷却到80～100℃后解压；装配型腔阴模和复合模，再次注入混合料，模体经过二次感应升温至150～170℃，配以成型压力第二次挤压成型上部包覆盖及型腔，冷却后脱模获得硬度层单片模坯。在本发明中，所述硬度层单片模坯的厚度优选为0.1～10mm，更优选为0.5～8mm，最优选为0.6～4mm。
本发明将强度层混合料进行注射成型，得到强度层单片模坯，所述强度层混合料包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC，优选包括85～87wt％的WC，11～14wt％的Co，余量的TaC，更优选包括86wt％的WC，12～13wt％的Co，余量的TaC。在本发明中，所述强度层混合料优选还包括发泡剂和成型剂，所述发泡剂优选包括高密度聚乙烯和/或聚乙二醇，所述成型剂优选包括高温蜡和/或低温蜡，所述WC、Co和TaC的质量之和与所述发泡剂和成型剂的质量之比优选为(70～80)：(5～15)：(5～15)。本发明对所述发泡剂和成型剂的来源没有特殊的限制，采用普通市售商品即可。
在本发明中，所述强度层混合料注射成型的温度优选为80～170℃，更优选为90～160℃，最优选为100～150℃；本发明对所述注射成型的压力没有限制，按照产品的尺寸和密度进行调整即可；具体的，本发明优选将所述强度层混合料倒入粉末冶金注塑机的进料口，设定分段加热的程序，使得混合料在注塑机模腔中熔化、排气及碾压破碎，最后从出料口出来，进入通过三维软件设计好的组合模具中，配以一定的压力，第一次挤压成型底部流道和凹型腔，随后将模具冷却到80～100℃后解压；装配型腔阴模和复合模，再次注入混合料，模体经过二次感应升温至150～170℃，配以成型压力第二次挤压成型上部包覆盖及型腔，冷却后脱模获得硬度层和强度层。所述强度层单片模坯的厚度优选为0.1～10mm，更优选为0.5～8mm，最优选为0.6～4mm。
得到所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯后，本发明将所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯依次交叠，进行温压成型，得到梯度硬质合金坯体。本发明优选将所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯交替叠放，即，一层硬度层单片模坯叠加一层强度层单片模坯，依次叠加若干层后，然后进行温压成型，形成硬度层和强度层，得到梯度硬质合金坯体，在本发明中，所述温压成型的温度优选为150～300℃，更优选为160～280℃，最优选为150～250℃；本发明对所述温压成型的压力没有特殊的限制。本发明对所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯的层数没有特殊的限制，根据实际需要进行选择即可。
完成所述温压成型后，本发明优选将所述梯度硬质合金坯体放入真空干燥箱中进行加热处理，以巩固各层膜坯之间的结合力。在本发明中，所述加热处理的温度优选为200～260℃，更优选为220～250℃；所述加热处理的时间优选为1～3小时，更优选为2小时。
本发明将所述梯度硬质合金坯体进行烧结，得到梯度硬质合金。本发明优选将所述梯度硬质合金坯体在汽油中浸泡，然后将浸泡过的梯度硬质合金坯体进行烧结，得到梯度硬质合金。在本发明中，所述浸泡的时间优选为6～8小时，更优选为5～7小时。本发明对所述浸泡用的汽油的种类和来源没有特殊的限制。传统硬质合金成型剂是石蜡、PEG或橡胶，一般通过预烧结进行脱除，其过程漫长且成本高。本发明在烧结前将所述梯度硬质合金坯体在汽油中浸泡一段时间，然后再将浸泡过的坯体进行烧结，能够有效脱除成型剂，并且其时间将大大缩短，节约制造成本。
在本发明中，所述烧结的温度优选为1300～1450℃，更优选为1350～1400℃；所述烧结的时间优选为60～90min，更优选为70～80min。本发明优选采用真空脱蜡一体炉进行所述烧结。
本发明还提供了一种截齿头，包括基体和复合在所述基体上的梯度硬质合金，所述梯度硬质合金为上述技术方案中所述的梯度硬质合金；
所述基体包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。
参见图1，图1为本发明实施例1得到的截齿头的结构示意图，图1中，01为梯度硬质合金，011为硬度层(黑色条状部分)，012为强度层(白色条状部分)，02为基体，03为应力孔。
在本发明中，所述梯度硬质合金为上述技术方案中所述的梯度硬质合金，将其打磨成实际所需的形状即可，在此不再赘述。
在本发明中，所述基体包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC，优选包括85～87wt％的WC，11～14wt％的Co，余量的TaC，更优选包括86wt％的WC，12～13wt％的Co，余量的TaC。
在本发明中，所述梯度硬质合金的高度优选为所述截齿头高度的1/3～1/2；所述基体的高度优选为所述截齿头高度的1/2～2/3。本发明对所述截齿头的尺寸及形状没有特殊的限制，按照实际需求选定即可。在本发明中，所述基体的底部优选设置有应力孔，以释放所述截齿头工作中的应力，所述应力孔优选设置在所述基体底部的正中间，所述应力孔的直径优选为2～4mm，更优选为3mm，所述应力孔的高度优选为1～3mm，更优选为2mm。
本发明优选按照以下步骤制备得到截齿头：
1)将强度层混合料进行注射成型，得到强度层单片模坯，
所述强度层混合料包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量的TaC；
2)将所述强度层单片模坯堆叠，得到基体坯体，然后将梯度硬质合金坯体与基体层坯体叠放，进行温压成型，得到截齿头坯体，所述梯度硬质合金坯体为上述技术方案梯度硬质合金的制备方法中步骤B)得到的梯度硬质合金；
3)将所述截齿头坯体进行烧结，得到截齿头。
在本发明中，所述步骤1)中强度层混合料注射成型的方法与上述技术方案中梯度硬质合金的制备方法中的步骤A)中的强度层混合料注射成型的方法一致，在此不再赘述。
本发明将所述强度层单片模坯堆叠，得到基体坯体，然后将所述梯度硬质合金坯体与基体坯体叠放，进行温压成型，得到截齿头坯体。在本发明中，所述强度层堆叠的层数和高度没有具体的限制，使得最终得到的基体层的高度为所述截齿头高度的1/2～2/3即可。在本发明中，所述温压成型的温度优选为150～300℃，更优选为160～280℃，最优选为150～250℃；本发明对所述温压成型的压力没有特殊限制。
在本发明中，所述步骤4)中的烧结与上述技术方案中梯度硬质合金的制备方法中步骤C)中的烧结的方法一致，在此不再赘述。
本发明优选在所述烧结结束后进行冷却，得到截齿头毛坯，将所述毛坯进行磨削加工，得到截齿头。
本发明采用MM2000型滑动磨损试验机进行常温干滑动磨损试验。试样为本发明得到的截齿头，尺寸为10mm×10mm×10mm，对磨环材料为淬火+低温回火(硬度HRC53)的42CrMo，法向载荷20Kgf，对磨环转速400r/min，磨损时间60min，总滑动距离约3800m。以相对耐磨性(＝标样磨损失重量/试样磨损失重量)作为材料耐磨性的指标。结果表明，本发明提供的截齿头的相对耐磨性为84.9。
本发明采用20℃恒温浸泡腐蚀测试方法，在0.5mol/L盐酸水溶液中测试材料的耐蚀性能，以316L不锈钢为对比试样，测试168小时浸泡后的腐蚀失重量，以相对耐蚀性(＝标样腐蚀失重量/试样腐蚀失重量)作为材料耐蚀性的指标。结果表明，本发明提供的截齿头的相对耐腐蚀性为31.4。
本发明按照压痕法测定了本发明得到的截齿头的硬度，结果表明，本发明中截齿头的硬度大于91HRA。
本发明采用万能试验机测定了本发明得到的截齿头的强度，测试样条尺寸为8mm×8mm×20mm。在本发明中，所述强度为抗弯强度，即待测材料在受到与材料轴线垂直荷载作用下，完全断裂时的极限强度。抗弯强度存在尺寸效应。结果表明，本发明中截齿头的强度大于3600kN/mm2。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种梯度硬质合金、制备方法及截齿头进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1：
将85g的牌号A料、10g的聚乙二醇和5g的高温蜡混合，得到硬度层混合料；将80g的牌号B混合料、10g的聚乙二醇和10g的高温蜡混合，得到强度层混合料；其中牌号A料中WC的质量含量占比为90wt％，Co的质量含量为5wt％，余量为TaC；牌号B料中WC的质量含量占比为84wt％，Co的质量含量占比为10wt％，余量为TaC。
将硬度层混合料和强度层混合料分别进行注射成型(将混合料分别倒入粉末冶金注塑机的进料口，设定分段加热的程序，在160℃下。使得混合料在注塑机模腔中熔化、排气及碾压破碎，最后从出料口出来，进入通过三维软件设计好的组合模具中，配以一定的压力，第一次挤压成型底部流道和凹型腔，随后将模具冷却到80℃后解压；装配型腔阴模和复合模，再次注入混合料，模体经过二次感应升温至150℃，配以成型压力第二次挤压成型上部包覆盖及型腔，冷却后脱模获得所需形状的坯体)，然后将得到0.5mm厚的硬度层单片膜坯和0.5mm厚的强度层单片膜坯相互依次交叠，得到具有3cm的梯度层，将所得的梯度层进行温压处理，即放入真空干燥箱中进行加热处理，加热温度为200℃，保温2h，以巩固膜坯之间的结合力。
将强度层混合料通过同样的注射成型工艺制得强度层单片膜坯，然后将强度层单片膜坯堆叠制得基体层，基体高度为3cm。
将梯度层与基体层叠在一起(基体层在下，梯度层在上)，经温压处理(温压工艺同上)后，获得所需的复合坯体。
将所述复合坯体在汽油中浸泡6h，然后将浸泡过的复合坯体在真空脱蜡一体炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为60min，烧结结束后进行冷却，得到毛坯，将毛坯进行磨削加工，得到截齿头。
得到的截齿头的结构如图1所示，图1为本发明实施例1得到的截齿头的结构示意图。
本发明对本实施例得到的截齿头进行了金相分析，如图2～3所示，图2为本发明实施例1得到的截齿头中强度层和硬度层交界处的金相图(200μm)；图3为本发明实施例1得到的截齿头中强度层和硬度层交界处的金相图(10μm)。通过图2可以明显看出硬度层与强度层的显微结构的区别，左边是细(或超细)晶粒的强度层，它具有高强度，这就保证截齿良好的抗冲击韧性；右边为中(或粗)颗粒的硬度层，它具有高硬度，这便给予截齿头好的耐磨性。通过图3可以看出硬度层和强度层单片膜坯的交界处过度相当自然，毫无违和感。分解处虽然能明显看出晶粒度不同，但二者粘结相已经融为一体，即单片膜坯之间已完美结合，无任何孔隙等缺陷出现，烧结后毛坯已形成一个完整的、机械性能优异的矿用截齿头。
本发明按照上述技术方案测定了截齿头的相对耐磨性、相对耐腐蚀性、硬度和强度，结果表明，本实施例得到的截齿头的相对耐磨性为84.9，相对耐腐蚀性为29.9，硬度为90.1HRA；强度为3600KN/mm2。
实施例2：
将75g的牌号A料、10g的聚乙二醇和10g的高温蜡混合，得到硬度层混合料；将70g的牌号B混合料、15g的聚乙二醇和15g的高温蜡混合，得到强度层混合料；其中牌号A料中WC的质量含量占比为94wt％，Co的质量含量为5wt％，余量为TaC；牌号B料中WC的质量含量占比为80wt％，Co的质量含量占比为15wt％，余量为TaC。
将硬度层混合料和强度层混合料分别进行注射成型(将混合料分别倒入粉末冶金注塑机的进料口，设定分段加热的程序，在150℃下，使得混合料在注塑机模腔中熔化、排气及碾压破碎，最后从出料口出来，进入通过三维软件设计好的组合模具中，配以一定的压力，第一次挤压成型底部流道和凹型腔，随后将模具冷却到100℃后解压；装配型腔阴模和复合模，再次注入混合料，模体经过二次感应升温至170℃，配以成型压力第二次挤压成型上部包覆盖及型腔，冷却后脱模获得所需形状的坯体)，然后将得到0.5mm厚的硬度层单片膜坯和0.5mm厚的强度层单片膜坯相互依次交叠，得到3cm的梯度层，将所得的梯度层在230℃下进行温压处理，即放入真空干燥箱中进行加热处理，加热温度为260℃，保温2h，以巩固膜坯之间的结合力。
将强度层混合料通过同样的注射成型工艺制得强度层单片膜坯，然后将强度层单片膜坯堆叠制得基体层，基体高度为4cm。
将梯度层与基体层叠在一起(基体层在下，梯度层在上)，经温压处理(温压工艺同上)后，获得所需的复合坯体。
将所述复合坯体在汽油中浸泡8h，然后将浸泡过的复合坯体在真空脱蜡一体炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为60min，烧结结束后进行冷却，得到毛坯，将毛坯进行磨削加工，得到截齿头。
本发明按照上述技术方案测定了截齿头的相对耐磨性、相对耐腐蚀性、硬度和强度，结果表明，本实施例得到的截齿头的相对耐磨性为81.6，相对耐腐蚀性为31.4，硬度为89.5HRA；强度为3800KN/MM2。
实施例3：
将80g的牌号A料、14g的聚乙二醇和6g的高温蜡混合，得到硬度层混合料；将88g的牌号B混合料、6g的聚乙二醇和6g的高温蜡混合，得到强度层混合料；其中牌号A料中WC的质量含量占比为93wt％，Co的质量含量为5wt％，余量为TaC；牌号B料中WC的质量含量占比为87wt％，Co的质量含量占比为10wt％，余量为TaC。
将硬度层混合料和强度层混合料分别进行注射成型(将混合料分别倒入粉末冶金注塑机的进料口，设定分段加热的程序，在120℃下，使得混合料在注塑机模腔中熔化、排气及碾压破碎，最后从出料口出来，进入通过三维软件设计好的组合模具中，配以一定的压力，第一次挤压成型底部流道和凹型腔，随后将模具冷却到100℃后解压；装配型腔阴模和复合模，再次注入混合料，模体经过二次感应升温至170℃，配以成型压力第二次挤压成型上部包覆盖及型腔，冷却后脱模获得所需形状的坯体)，然后将得到0.5mm厚的硬度层单片膜坯和0.5mm厚的强度层单片膜坯相互依次交叠，得到4cm的梯度层，将所得的梯度层在230℃下进行温压处理，即放入真空干燥箱中进行加热处理，加热温度为260℃，保温2h，以巩固膜坯之间的结合力。
将强度层混合料通过同样的注射成型工艺制得强度层单片膜坯，然后将强度层单片膜坯堆叠制得基体层，基体高度为4cm。
将梯度层与基体层叠在一起(基体层在下，梯度层在上)，经温压处理(温压工艺同上)后，获得所需的复合坯体。
将所述复合坯体在汽油中浸泡7h，然后将浸泡过的复合坯体在真空脱蜡一体炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为60min，烧结结束后进行冷却，得到毛坯，将毛坯进行磨削加工，得到截齿头。
本发明按照上述技术方案测定了截齿头的相对耐磨性、相对耐腐蚀性、硬度和强度，结果表明，本实施例得到的截齿头的相对耐磨性为79.5，相对耐腐蚀性为28.8，硬度为90.1HRA；强度为3600KN/MM2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种梯度硬质合金，由硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠复合得到，
所述硬度层单片模坯包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量为TaC；
所述强度层单片模坯包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。
2.根据权利要求1所述的梯度硬质合金，其特征在于，所述硬度层单片模坯的厚度为0.1～10mm。
3.根据权利要求1所述的梯度硬质合金，其特征在于，所述强度层单片模坯的厚度为0.1～10mm。
4.根据权利要求1所述的梯度硬质合金，其特征在于，所述强度层单片模坯与硬度层单片模坯的厚度比为1：(0.5～2)。
5.一种梯度硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
A)将硬度层混合料进行注射成型，得到硬度层单片模坯，将强度层混合料进行注射成型，得到强度层单片模坯，
所述硬度层混合料包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量的TaC，
所述强度层混合料包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量的TaC；
B)将所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠，进行温压成型，得到梯度硬质合金坯体；
C)将所述梯度硬质合金坯体进行烧结，得到梯度硬质合金。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中注射成型的温度为80～170℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中温压成型的温度为150～300℃。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)中烧结的温度为1300～1450℃；
所述烧结的时间为60～90min。
9.一种截齿头，包括基体和复合在所述基体上的梯度硬质合金，所述梯度硬质合金为权利要求1～4任意一项所述的梯度硬质合金或权利要求5～8任意一项所述的制备方法得到的梯度硬质合金；
所述基体包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。
10.根据权利要求9所述的截齿头，其特征在于，所述梯度硬质合金的高度为所述截齿头高度的1/3～1/2；
所述基体的高度为所述截齿头高度的1/2～2/3。
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