CN105296834A - 一种高硬度、高韧性硬质合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于硬质合金技术领域，具体涉及一种高硬度、高韧性硬质合金及其制备方法。所述高硬度、高韧性硬质合金包括粘结相和无钴硬质合金团粒，所述无钴硬质合金团粒均匀分布在所述粘结相上；所述无钴硬质合金团粒在硬质合金中的质量百分比为70～97％；无钴硬质合金团粒中，钴含量小于1wt％，Cr3C2的含量为0.2～0.8wt％，VC的含量为0.1～0.5wt％，余量为WC；所述WC的晶粒粒径为0.1μm～0.8μm，所述无钴硬质合金团粒的粒径大于10μm，HRA硬度大于94。所述制备方法包括硬质合金团粒的制备和采用团粒制备高硬度、高韧性硬质合金。本发明的高硬度、高韧性硬质合金致密度高，WC晶粒分布均匀，具备优异的耐磨性和耐热疲劳性能。

Description

一种高硬度、高韧性硬质合金及其制备方法
技术领域
本发明属于硬质合金技术领域，具体涉及一种高硬度、高韧性硬质合金及其制备方法。
背景技术
近年来，随着硬质合金应用领域的不断扩展，硬质合金牌号和材质的研究正朝着超粗和超细晶粒两个方向发展。超粗WC-Co硬质合金的WC颗粒具有晶体结构完整、结构缺陷少、强度和硬度高、微观应变小等一系列优点，用其制造的硬质合金韧性好、高温硬度高、蠕变变形小，被广泛用于矿山工具、石油钻采工具、采煤机截齿工具、隧道工程用盾构机刀具、冲压模具、硬面表面喷涂等。
超粗矿用硬质合金的微观组织是一种均匀结构，WC颗粒在钴粘结相基体上均匀分布。该类硬质合金制备的最大难点在于单晶超粗WC颗粒的制备并在合金中保持。国外先进硬质合金企业制备的超粗晶硬质合金中WC晶粒尺寸约为8μm，WC大于10μm的超粗晶硬质合金未见公开报道。
中国专利CN101787479B公布了一种网状硬质合金，其结构是在硬度较低的硬质合金基体上分布一定数量的另一种高硬度硬质合金团粒，团粒的钴含量为3.5～6％，基体的钴含量为6～10％。网状硬质合金在高硬度的岩石中使用寿命可以提高15％。网状硬质合金的团粒含有粘结相，因此，无法避免两相间热膨胀系数的差异而产生的热应力。同时，网状硬质合金中含有钴粘结相的硬质相团粒硬度较低，合金综合性能和使用寿命的改善程度不明显。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高硬度、高韧性硬质合金及其制备方法，具体技术方案如下：
一种高硬度、高韧性硬质合金，包括粘结相和无钴硬质合金团粒，所述无钴硬质合金团粒均匀分布在所述粘结相上；所述无钴硬质合金团粒在硬质合金中的质量百分比为70～97％；所述无钴硬质合金团粒中，钴含量小于1wt％，Cr3C2的含量为0.2～0.8wt％，VC的含量为0.1～0.5wt％，余量为WC。
进一步地，所述WC的晶粒粒径为0.1μm～0.8μm，所述无钴硬质合金团粒的粒径大于10μm，HRA硬度大于94。
进一步地，所述粘结相的成分为钴、镍、铁或者三者的混合物。
进一步地，所述高硬度、高韧性硬质合金的硬度HV10大于900。
如上所述的一种高硬度、高韧性硬质合金的制备方法，依次包括以下步骤：
(1)将Cr3C2、VC和WC混合形成混合料，然后再与钴结合，掺入2wt％～8wt％的成型剂，制成团粒，将团粒烧结，获得致密化的无钴硬质合金团粒；
(2)将无钴硬质合金与粘结相混合，湿磨10～40h，然后依次干燥、过筛、压制成型；最后进行烧结，获得高硬度、高韧性硬质合金。
进一步地，步骤(1)中所述混合料与钴结合时采用的制备方法包括：化学镀钴法，真空磁控溅射镀钴法或湿磨混合法。
进一步地，步骤(1)所述烧结方法包括：真空烧结法，低压烧结法或等离子烧结法。
进一步地，步骤(2)所述烧结方式包括：真空烧结或低压烧结；烧结温度为1350～1500℃。
本发明的有益效果为：
本发明的高硬度、高韧性硬质合金，其无钴硬质合金团粒的粒径远大于现有技术中制备得到的超粗硬质合金的WC颗粒粒径，减少了WC与粘结相的界面面积、增加了粘结相的自由程和硬质合金的耐热疲劳性能；而且由于WC晶粒细化，无钴硬质合金团粒的硬度高于超粗WC晶粒的硬度，导致硬质合金的耐磨性能增加。与网状硬质合金相比，硬质合金团粒中基本没有钴的存在，因此其耐热疲劳性能将获得大幅提高。此外，本发明的高硬度、高韧性硬质合金具有优异的断裂韧性。采用本发明方法制备得到的高硬度、高韧性硬质合金，致密度高，WC晶粒分布均匀。
制备超粗晶硬质合金的难点之一在于，制备晶体结构完整的晶粒尺寸大于10μm的WC晶粒时，需要在2000℃以上高温条件下完成。本发明利用无钴硬质合金团粒代替超粗晶硬质合金中的WC颗粒，在低于1500℃的条件下即可得到该产品。
附图说明
图1是本发明的高硬度、高韧性硬质合金结构示意图。
具体实施方式
下面说明本发明的实施形式。实施形式是为了加深对本发明的理解而举出的例子，不应构成对本发明的限制。本发明的范围应该是权利要求中的内容。在不超越本发明要旨的前提下，实施形式能够做多种多样的变更。
实施例1
(1)将比表面积粒度为0.15μm、碳含量为6.12％的WC粉末，0.7wt％Cr3C2粉末和0.5wt％VC粉末混合，放入磁控溅射粉体镀膜机中，在WC粉末颗粒表面镀钴膜；钴的重量达到0.8wt％时，停止溅射。然后再掺入2.5wt％的成型剂、制成团粒，将团粒在真空炉中进行烧结，获得致密化的无钴硬质合金团粒。无钴硬质合金团粒的粒径大于10μm，HRA硬度大于97。
(2)将称量后的96wt％无钴硬质合金团粒与4wt％钴粉湿磨12h，然后将混合料进行干燥，过60目筛，压制，最后在真空炉中进行烧结，烧结温度为1500℃，获得WC-Co硬质合金，硬度HV10为1300。
实施例2
(1)将比表面积粒度为0.4μm、碳含量为6.20％的WC粉末，0.5wt％Cr3C2粉末，0.3wt％VC粉末，0.2wt％钴粉和4wt％的成型剂放入湿磨机中进行球磨。球磨后干燥制成团粒，将团粒在低压炉中进行烧结，获得致密化的无钴硬质合金团粒。无钴硬质合金团粒的粒径大于20μm，HRA硬度大于96。
(2)将称量后的80wt％无钴硬质合金团粒与20wt％钴粉湿磨20h，然后将混合料进行干燥，过60目筛，压制，最后在低压炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，获得WC-Co硬质合金，硬度HV10为900。
实施例3
(1)将比表面积粒度为0.6μm、碳含量为6.3％的WC粉末，0.3wt％Cr3C2粉末和0.1wt％VC粉末混合，在WC粉末颗粒表面化学镀钴膜，钴的重量达到0.4wt％时，停止溅射。然后掺入6wt％的成型剂、制成团粒，将团粒在等离子体烧结炉中进行烧结，获得致密化的无钴硬质合金团粒。无钴硬质合金团粒的粒径大于25μm，HRA硬度大于95。
(2)将无钴硬质合金团粒与25wt％混合粘结剂(粘结剂中钴镍铁的含量分别为40wt％、40wt％和20wt％)钴粉湿磨30h，然后将混合料进行干燥，过60目筛，压制，最后在等离子体烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，获得硬质合金，硬度HV10为950。
实施例4
(1)将将比表面积粒度为0.8μm、碳含量为6.3％的WC粉末，0.2wt％Cr3C2粉末和0.2wt％VC混合，在WC粉末颗粒表面化学镀钴膜，钴的重量达到0.4wt％时，停止溅射。。然后掺入7.5wt％的成型剂、制成团粒，将团粒在真空炉中进行烧结，获得致密化的无钴硬质合金。无钴硬质合金团粒的粒径大于30μm，HRA硬度大于94.5。
(2)将无钴硬质合金与8wt％镍粉湿磨30h，然后将混合料进行干燥，过60目筛，压制，最后在低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1450℃，获得WC-Ni硬质合金，硬度HV10为1120。

Claims (8)

1.一种高硬度、高韧性硬质合金，包括粘结相和无钴硬质合金团粒，所述无钴硬质合金团粒均匀分布在所述粘结相上；其特征在于，所述无钴硬质合金团粒在硬质合金中的质量百分比为70～97％；所述无钴硬质合金团粒中，钴含量小于1wt％，Cr3C2的含量为0.2～0.8wt％，VC的含量为0.1～0.5wt％，余量为WC。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度、高韧性硬质合金，其特征在于，所述WC的晶粒粒径为0.1μm～0.8μm，所述无钴硬质合金团粒的粒径大于10μm，HRA硬度大于94。
3.根据权利要求1所述的一种高硬度、高韧性硬质合金，其特征在于，所述粘结相的成分为钴、镍、铁或者三者的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种高硬度、高韧性硬质合金，其特征在于，所述高硬度、高韧性硬质合金的硬度HV10大于900。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高硬度、高韧性硬质合金的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
(1)将Cr3C2、VC和WC混合形成混合料，然后再与钴结合，掺入2wt％～8wt％的成型剂，制成团粒，将团粒烧结，获得致密化的无钴硬质合金团粒；
(2)将无钴硬质合金与粘结相混合，湿磨10～40h，然后依次干燥、过筛、压制成型；最后进行烧结，获得高硬度、高韧性硬质合金。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合料与钴结合时采用的制备方法包括：化学镀钴法，真空磁控溅射镀钴法或湿磨混合法。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述烧结方法包括：真空烧结法，低压烧结法或等离子烧结法。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烧结方式包括：真空烧结或低压烧结；烧结温度为1350～1500℃。
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