CN1058235A

CN1058235A - 含稀土的硬质合金的制造方法

Info

Publication number: CN1058235A
Application number: CN 90104588
Authority: CN
Inventors: 贺从训; 林晨光; 彭刚
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-01-29

Abstract

本发明提出了一种含稀土的硬质合金的制造方法。包括配料、研磨、加入稀土添加剂、干燥、冷压成型及烧结工序。稀土添加剂是由稀土氧化物溶解在硝酸或盐酸中形成的硝酸或盐酸稀土离子溶液中的一种。用本发明的方法制造的合金，由于稀土元素以＜0.5微米球形均匀分布，因此能充分发挥稀土元素的作用。与其他添加方式相比，可以在基本不改变合金原生产工艺的条件下明显提高合金性能，而且不同炉、批次的产品性能稳定、重复性好。

Description

本发明涉及以碳化物为基的硬质合金的制造方法，尤其与含稀土的硬质合金的制造方法有关。

用具有优异综合性能的硬质合金制作的切削刀具、模具、钻探工具及其他耐磨、耐冲击零件是机械、电子、化工、石油、地质等各部门所不可缺少的。添加稀土元素的硬质合金则由于改善了合金的韧性、抗氧化性、抗冲击性及高温强度而引起了人们的关注。含稀土的硬质合金一般都采用粉末冶金工艺，即准备粉末原料、按需要成份配料、经研磨、混合、干燥后冷压成型，再经烧结制成所需形状的硬质合金。DE3228692，特开昭59-43840，特开昭61-183439，CN 89105708文献中公开了几种合金中稀土元素的添加方式。他们是以稀土金属粉末，稀土氧化物粉末氮化物粉末作为原料直接与碳化物等粉末混合配制成硬质合金的。使用这些添加稀土元素方式制成的硬质合金与未添加稀土元素的相比能不同程度地改善合金的性能，但存在以下不足。〔1〕合金性能不稳定。这是由于以这类方式添加稀土元素对合金制造工艺要求较严，否则合金中的稀土以块状，多角状等较粗大颗粒的形态较多，粗大稀土相在合金中成为夹杂，会抵消稀土元素的良好作用，造成产品性能不稳定。〔2〕对不同成份体系（主要有WC-Co，WC-TiC-Co，和Wc-TiC-TaC（Nbc）-Co等系列、不同牌号，不同稀土种类和添加量的硬质合金必须要通过试验寻求最佳的工艺参数。由于存在这些不足，限制了稀土硬质合金的大量生产和广泛使用。

本发明的目的是提出一种稀土硬质合金的制造方法，这种方法通用性强，可在基本不改变原合金制造工艺的条件下明显提高合金性能。

本发明提出的稀土硬质合金的制造方法主要包括配料、研磨混合、加入稀土添加剂、干燥、冷压成型及烧结工序。稀土添加剂是由稀土氧化物溶解在硝酸或盐酸中形成的硝酸稀土离子溶液及盐酸稀土离子溶液中的一种。按需要的稀土硬质合金成份，先将稀土元素以外的各组份的粉末称重配料，经研磨混合后，边搅拌边加入一定比例的稀土添加剂，使添加剂与其他组份的粉末充分混合，然后按合金的常规工序将混合料经干燥、冷压成型及烧结后制成硬质合金。稀土添加剂中稀土氧化物的含量可根据需要选定，含量高则加入添加剂的量将减少，会影响与其它组份粉末混合的均匀性;含量低则加入添加剂的量多，会影响合金中氧的含量，一般情况浓度控制在100-1000克/升范围内。

采用本发明提出的含稀土的硬质合金的制造方法生产硬质合金可明显提高合金的抗弯强度。由于稀土元素能以固溶于钴粘结相和＜0.5微米球形的形态极均匀地分布在合金中，因此各炉次、各批量生产的硬质合金的抗弯强度值波动极小，质量稳定。试验表明，采用本发明的硬质合金制造方法，对不同成份体系、不同牌号的硬质合金添加不同稀土元素，如Ce、Y、La、Sm、Pr、Nd、或以Ce或Y为主的混合稀土等，可以基本上不改变原合金的工艺参数而得到性能有明显提高的硬质合金。

用下列非限定性实施例进一步说明本发明的实施方式及其积极效果。（例中均采用重量%）

1.用市售的WC粉、Co粉，按WC-6Co-0.04Y比例配制两份。分别经48小时球磨混合。将钇含量大于50%的以重稀土元素为主的混合稀土氧化物溶于硝酸中，配成600克/升浓度的硝酸稀土离子溶液，用乙醇稀释40倍后，将这种稀土添加剂按合金中钇的需要量边搅拌边加入到一份WC-Co的混合粉中，使稀土添加剂均匀分布于混合粉中。将不含钇和含钇的料按同一工艺制备硬质合金。即经过100℃干燥等静压冷压成型，然后在1410℃±℃烧结1小时即制成含稀土钇和不含稀土钇的硬质合金。测定其室温性能见表1.所测数据表明，用这种方式添加稀土元素可以在不改变原合金制造工艺的情况下明显提高合金性能。

表1

合金中含的稀土元素	抗弯强度MPa	硬度HRA
			不含稀土含稀土钇	17001930	90.390.6

2.用市售的WC粉、Co粉，按WC-6Co-0.04RE比例配制四份。分别经48小时球磨混合。将CeO₂，Nd₂O₃，Pr₂O₃分别溶入盐酸中，制得500克/升浓度的三种盐酸稀土溶液，再用丙酮稀释60倍后，将这三种溶液分别按合金中稀土（RE））的需要量边搅拌边加入到球磨混合后的WC-6Co混合粉中，使稀土添加剂均匀分布于混合粉中。将不含稀土和含不同稀土的料按该合金的常规工艺制备硬质合金。即经过120℃干燥后混入2重量%石蜡成型剂（以石蜡汽油溶液方式加入），冷压成型，在500℃氢气中脱蜡，然后1410±10℃真空烧结0.5小时，即制成WC-6Co，WC-6Co-0.04Ce，WC-6Co-0.04Nd，WC-6Co-0.04Pr四种硬质合金。测定其室温性能见表2。所测数据表明，用这种方式添加不同的稀土元素可以在不改变原合金制造工艺的情况下明显提高合金性能。

表2

合金中含的稀土元素	抗弯强度MPa	硬度HRA
			无铈钕镨	1544167517821729	89.689.690.090.1

3.为要制得WC-14TiC-8Co-0.08RE的硬质合金，按例一的方法制成硝酸钇溶液及用例二中配制的盐酸钕溶液，分别用酒精稀释20倍后，分别加入到已研磨混合36小时的WC-TiC-Co混合粉料中，然后按例二相似的工艺制得三种硬质合金，其中烧结温度为1460±10℃，制得的不含稀土和含不同稀土的硬质合金的室温性能见表3。

表3

合金中的稀土元素	抗弯强度MPa	硬度HRA
			无钇钕	147917261608	90.891.091.1

4.以市售的WC粉、Co粉，钇粉，氧化钇粉以及用例一制得的硝酸钇溶液作为稀土添加剂为原料，分别以金属钇粉，氧化钇粉和稀土添加剂的方式制备WC-8Co-0.04Y硬质合金，和WC-8Co硬质合金。除添加方式不同以外。制备硬质合金的工艺大致与例二相同。四种硬质合金的抗弯强度值列于表4。从表4中可看出以含有稀土金属离子溶液的方式加入稀土元素的硬质合金抗弯强度提高幅度较大。

表4

性能	炉次	稀土添加方式
						氧化钇粉	金属钇粉	稀土添加剂	未加
		抗弯强度MPa	12345	22112306245226682660	20032479263523462671					23012493244025952508	22062277236922392214
平均	2459					2427	2467	2261
			提高率％	8.7	7.3				9.1	----

注：表中数据为10个试样的平均值

扫描电镜观察合金中的稀土形态表明，在以离子溶液形式加入稀土元素制成的硬质合金中，稀土元素均以＜0.5微米的球形存在，而以氧化钇粉或金属钇粉形式加入的则以块状、多角状较粗大的稀土相存在。粗大稀土相在合金中成为夹杂，抵消了稀土的良好作用。而且稀土相与Co相粘结差，易剥落，从而导致产品性能不稳定。

5.用例四中的未加稀土的及以金属钇粉和稀土添加剂方式加稀土的硬质合金制A118型号刀片各两把，分别对铸铁件毛坯不平整表面进行车面。未加稀土的两把刀共车削了122件零件，遇到铸件中的夹杂、砂眼时出现打刀和崩刀。用本发明的以稀土添加剂方式加稀土的硬质合金的两把刀车削304件零件，即使遇到φ20毫米左右的大砂眼也不崩刀。而以金属钇粉方式加稀土的硬质合金的两把刀共车削了200件，遇到大砂眼时崩刀。

Claims

1、一种稀土硬质合金的制造方法，包括：

[1]配料、研磨、混合工序，

[2]边搅拌边加入稀土添加剂，

[3]干燥和压制成型工序，

[4]烧结工序。

2、按权利要求1的一种稀土硬质合金的制造方法，其特征是所说的稀土添加剂是由稀土氧化物溶解在硝酸或盐酸中形成的硝酸稀土离子溶液或盐酸稀土离子溶液中的一种。

3、按权利要求1的一种稀土硬质合金的制造方法，其特征是所说的稀土添加剂中还加有丙酮、乙醇中的一种。