CN106222511A - 一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法。包括步骤一，配料：60％‑75％的WC粉末、6％‑7.5％Co粉末和0.6％‑0.75％晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末；步骤二，湿磨；步骤三，筛分和干燥；步骤四，微波烧结。本发明采用的微波烧结工艺进行制备WC粉末、Co粉末和晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末制成高硬度的导轮结构，体现碳化陶瓷的结构脆性，具有可塑性低，不易变形，提高导轮的工作状态时产品的精度。

Description

一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法
技术领域
本发明属于导轮技术领域，特别是涉及一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法。
背景技术
导轮是在热轧棒材生产线中消耗量较大的重要备件，是轧钢导卫总成中的关键部件，影垧着轧机作业率等技术经济指标。使用的很多导卫件耐热性能不足，出现粘钢等现象，还有一些工艺件耐磨性、热疲劳性能不好，影响了使用寿命以及轧材质量。
硬度磨损的物理本质是一种特殊形式的断裂过程，发生在磨损件的表层和亚表层。在考虑硬度值时，不能简单认为硬度越高耐磨性越好，要充分考虑其在各种状态下的硬度。比如:工作过程中由于表面硬化或软化而改变了的硬度；由于与高温轧件接触而使表面温度升高，要考虑髙温硬度。
韧性滚动导轮的断裂一般为脆性断裂。为防止脆断的发生，要不断提高材料的抗断裂能力。
微波烧结是近十年来发展起来的一种新型烧结技术，它同常规加热方式完全不同。常规加热是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射方式传递至被加热物使其达到某一温度，热量从外向内，烧结时间也较长，很难得到细晶，因为细粉在长时间烧结过程中会长大，为防止烧结中晶粒长大，一般在配料中加入少量晶粒生长抑制剂，这使得工艺复杂化。
而微波烧结是依靠材料本身吸收微波能转化为材料内部分子的动能和势能，材料内外同时均匀加热，这样材料内部热应力可以减少到最小程度，其次在微波电磁能作用下，材料内部分子或离子的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，可以进行低温快速烧结，使细粉来不及长大就已被烧结。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法，通过采用的微波烧结工艺进行制备WC粉末、Co粉末和晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末制成高硬度的导轮结构，体现碳化陶瓷的结构脆性，提高导轮的工作状态时产品的精度。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法，包括如下步骤：
步骤一，配料：80％-85％的WC粉末、8％-8.5％Co粉末和0.8％-0.85％晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末；
A超细WC粉末的制备：将C粉和WO3粉按原子比1:1的比例置于氢气氛的回转炉内直接连续还原碳化制备WC粉末，在氢气保护下还原24h-50h,回转炉的温度稳定在1500℃-2000℃，合成了晶粒度为5.0-5.5圆的WC粉体；
B Co粉的制备：将Co粉置于球磨机中，在氢气保护下球磨30h-50h,形成0.7-0.9μm的Co粉；
C晶粒抑制剂：包括60％-75％的VC和25％-40％的Gr5C3；
步骤二，湿磨：将步骤一制备好的配料80％-85％的WC粉末、8％-8.5％Co粉末和0.8％-0.85％晶粒抑制剂加入到罐中，以液体乙醇为球磨介质，A和B的球料比为10:1，球磨过程中加入四氯化钛，球磨机的转速在90-100r/min，球磨时间在130h-160h；
步骤三，筛分和干燥：将步骤二磨好的粉末和碳化陶瓷粉末进行过筛，再放入真空干燥箱中干燥，然后在压片机上压制成型；
步骤四，微波烧结：微波频率为2400-2600MHz，功率在0-1kW连续可调，在微波源和腔体之间接一定向耦合器，用以测定入射和反射功率，以便判断系统的谐振和耦合情况，烧结腔体采用单模腔，温度控制采用光导纤维温度计与控制系统相联，其中单模腔的真空度在0.003-0.005Pa。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用的微波烧结工艺进行制备导轮，材料内部热应力可以减少到最小程度，其次在微波电磁能作用下，材料内部分子或离子的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，可以进行低温快速烧结，使细粉来不及长大就已被烧结，具有结构致密性高，结构硬度好。
2、本发明采用的微波烧结工艺进行制备WC粉末、Co粉末和晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末制成高硬度的导轮结构，体现碳化陶瓷的结构脆性，具有可塑性低，不易变形，提高导轮的工作状态时产品的精度。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法，如如下步骤：
步骤一，配料：80％的WC粉末、8％Co粉末和0.8％晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末；
A超细WC粉末的制备：将C粉和WO3粉按原子比1:1的比例置于氢气氛的回转炉内直接连续还原碳化制备WC粉末，在氢气保护下还原24h-50h,回转炉的温度稳定在1500℃-2000℃，合成了晶粒度为5.0-5.5圆的WC粉体；
B Co粉的制备：将Co粉置于球磨机中，在氢气保护下球磨30h-50h,形成0.7-0.9μm的Co粉；
C晶粒抑制剂：包括60％-75％的VC和25％-40％的Gr5C3；
步骤二，湿磨：将步骤一制备好的配料80％的WC粉末、8％Co粉末和0.8％晶粒抑制剂加入到罐中，以液体乙醇为球磨介质，A和B的球料比为10:1，球磨过程中加入四氯化钛，球磨机的转速在90-100r/min，球磨时间在130h-160h；
步骤三，筛分和干燥：将步骤二磨好的粉末和碳化陶瓷粉末进行过筛，再放入真空干燥箱中干燥，然后在压片机上压制成型；
步骤四，微波烧结：微波频率为2400-2600MHz，功率在0-1kW连续可调，在微波源和腔体之间接一定向耦合器，用以测定入射和反射功率，以便判断系统的谐振和耦合情况，烧结腔体采用单模腔，温度控制采用光导纤维温度计与控制系统相联，其中单模腔的真空度在0.003-0.005Pa。
随着烧结温度的增加，WC-Co-陶瓷细晶硬质合金在一定保温时间下(10min)1180℃时样品基本上没有致密化，随着烧结温度提高，样品的致密化迅速增加，到1300℃时达到99.1％的相对密度，之后则基本上没有变化。
实施例二
一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法，如下步骤：
步骤一，配料：83％的WC粉末、8.3％Co粉末和0.83％晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末；
A超细WC粉末的制备：将C粉和WO3粉按原子比1:1的比例置于氢气氛的回转炉内直接连续还原碳化制备WC粉末，在氢气保护下还原24h-50h,回转炉的温度稳定在1500℃-2000℃，合成了晶粒度为5.0-5.5圆的WC粉体；
B Co粉的制备：将Co粉置于球磨机中，在氢气保护下球磨30h-50h,形成0.7-0.9μm的Co粉；
C晶粒抑制剂：包括60％-75％的VC和25％-40％的Gr5C3；
步骤二，湿磨：将步骤一制备好的配料83％的WC粉末、8.3％Co粉末和0.83％晶粒抑制剂加入到罐中，以液体乙醇为球磨介质，A和B的球料比为10:1，球磨过程中加入四氯化钛，球磨机的转速在90-100r/min，球磨时间在130h-160h；
步骤三，筛分和干燥：将步骤二磨好的粉末和碳化陶瓷粉末进行过筛，再放入真空干燥箱中干燥，然后在压片机上压制成型；
步骤四，微波烧结：微波频率为2400-2600MHz，功率在0-1kW连续可调，在微波源和腔体之间接一定向耦合器，用以测定入射和反射功率，以便判断系统的谐振和耦合情况，烧结腔体采用单模腔，温度控制采用光导纤维温度计与控制系统相联，其中单模腔的真空度在0.003-0.005Pa。
随着烧结温度的增加，WC-Co-陶瓷细晶硬质合金在一定保温时间下(10min)1200℃时样品基本上没有致密化，随着烧结温度提高，样品的致密化迅速增加，到1360℃时达到99.8％的相对密度，之后则基本上没有变化。
实施例三
一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法，如下步骤：
步骤一，配料：85％的WC粉末、8.5％Co粉末和0.85％晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末；
A超细WC粉末的制备：将C粉和WO3粉按原子比1:1的比例置于氢气氛的回转炉内直接连续还原碳化制备WC粉末，在氢气保护下还原24h-50h,回转炉的温度稳定在1500℃-2000℃，合成了晶粒度为5.0-5.5圆的WC粉体；
B Co粉的制备：将Co粉置于球磨机中，在氢气保护下球磨30h-50h,形成0.7-0.9μm的Co粉；
C晶粒抑制剂：包括60％-75％的VC和25％-40％的Gr5C3；
步骤二，湿磨：将步骤一制备好的配料85％的WC粉末、8.5％Co粉末和0.85％晶粒抑制剂加入到罐中，以液体乙醇为球磨介质，A和B的球料比为10:1，球磨过程中加入四氯化钛，球磨机的转速在90-100r/min，球磨时间在130h-160h；
步骤三，筛分和干燥：将步骤二磨好的粉末和碳化陶瓷粉末进行过筛，再放入真空干燥箱中干燥，然后在压片机上压制成型；
步骤四，微波烧结：微波频率为2400-2600MHz，功率在0-1kW连续可调，在微波源和腔体之间接一定向耦合器，用以测定入射和反射功率，以便判断系统的谐振和耦合情况，烧结腔体采用单模腔，温度控制采用光导纤维温度计与控制系统相联，其中单模腔的真空度在0.003-0.005Pa。
随着烧结温度的增加，WC-Co-陶瓷细晶硬质合金在一定保温时间下(10min)1230℃时样品基本上没有致密化，随着烧结温度提高，样品的致密化迅速增加，到1400℃时达到99.3％的相对密度，之后则基本上没有变化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种基于高能球磨法的硬质合金烧结成型导轮的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，配料：80％-85％的WC粉末、8％-8.5％Co粉末和0.8％-0.85％晶粒抑制剂，余量为碳化陶瓷粉末；
A超细WC粉末的制备：将C粉和WO3粉按原子比1:1的比例置于氢气氛的回转炉内直接连续还原碳化制备WC粉末，在氢气保护下还原24h-50h,回转炉的温度稳定在1500℃-2000℃，合成了晶粒度为5.0-5.5圆的WC粉体；
B Co粉的制备：将Co粉置于球磨机中，在氢气保护下球磨30h-50h,形成0.7-0.9μm的Co粉；
C晶粒抑制剂：包括60％-75％的VC和25％-40％的Gr5C3；
步骤二，湿磨：将步骤一制备好的配料80％-85％的WC粉末、8％-8.5％Co粉末和0.8％-0.85％晶粒抑制剂加入到罐中，以液体乙醇为球磨介质，A和B的球料比为10:1，球磨过程中加入四氯化钛，球磨机的转速在90-100r/min，球磨时间在130h-160h；
步骤三，筛分和干燥：将步骤二磨好的粉末和碳化陶瓷粉末进行过筛，再放入真空干燥箱中干燥，然后在压片机上压制成型；
步骤四，微波烧结：微波频率为2400-2600MHz，功率在0-1kW连续可调，在微波源和腔体之间接一定向耦合器，用以测定入射和反射功率，以便判断系统的谐振和耦合情况，烧结腔体采用单模腔，温度控制采用光导纤维温度计与控制系统相联，其中单模腔的真空度在0.003-0.005Pa。
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