CN106591670A - 一种挖路齿用WC‑Co硬质合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种挖路齿用WC‑Co硬质合金的制备方法，将质量分数为10wt％～16wt％的Co和粒度为8.5～28.7μm的WC粉球a磨制得平均粒度为4.0～6.0μm的混合料1；将质量分数为10wt％～16wt％的Co和粒度为40～60μm的WC粉球b磨制得平均粒度为20～30μm的混合料2；将混合料1和混合料2混合得混合料3，其中，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的5～50％；将配料后的物料再经混合、过筛、压制成型、烧结制得所述的挖路齿用WC‑Co硬质合金。本发明中，通过所述的分步球磨工艺、再配合所述的物料配比、混合、过筛、压制成型、烧结处理，有助于制得兼具良好耐磨性和韧性的挖路齿硬质合金。本发明方法制得的WC‑Co硬质合金综合性能优异，可为在掘路等基础设施建设领域方面提供质优价廉的合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金的制备方法，特别是一种挖路齿用WC-Co钨钴硬质合金的制备方法。
背景技术
硬质合金是以一种或多种高硬度、高模量的难熔金属碳化物(WC、Ti C、Cr2C3)为基体，以过渡族金属(Fe、Co、Ni等)或其他合金为粘结相而组成的一种多相复合材料。这种复合结构材料具有陶瓷的高硬度、高耐磨性、红硬性，又具有金属的较高强度和韧性；而这种特异的“双高”性能正是材料科研工作者所追求的目标。
碳化钨-钴就是“双高”硬质合金或者金属陶瓷的典范。其牌号是由YG和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均WCo＝8％，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。由于WC-Co硬质合金优越的性能而被广泛的应用于拉丝模、切削工具、耐腐蚀零件及结构部件，如高压容器的柱塞及液缸、精密轧辊、合成金刚石的顶锤、钢丝滚轧机的轧辊、裁纸刀等；油田开钻的等。
为了适用国家现代化的基础设施建设，扩大产品的多样化，提高公司的竟争力，在目前国内硬质合金生产厂对高韧性合金进行大量开发的性况下，对挖路齿的材质性能进行开发提高迫在明捷。
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粗和细晶粒两个不同的方向发展。超粗晶粒硬质合金是国外开发的一种新型硬质合金，已广泛应用于矿用凿岩工具、轧辊和冲压模具领域。新材料与先进制造业是国家未来发展的重点，硬质合金产品的高性能化符合实现钨、钴战略资源高效利用的国家政策。本发明产品属金属材料中的特殊合金及粉末冶金成形技术领域。项目的成功实施，可较好地解决超粗晶硬质合金的国产化问题，填补国内空白、打破国际垄断，提高我国硬质合金企业在国际硬质合金高端制品领域的核心竟争力，发展空间巨大。
由于受国内碳化钨粉制备技术的制约，国产粗晶WC粉末在生产过程中普遍存在粒度不均、结晶不完整、细颗粒比较多及粒度分布范围宽等问题.有部分聚集体的存在，容易造成费氏平均粒度大，而实际粒径偏细的假象。加之聚集体的结合松紧程度不一，因而对球磨时间特别敏感，致使生产过程很难控制。同时由于组成聚集体的WC颗粒很细，这在合金烧结过程中造成WC晶粒不均匀长大。所以在利用国产WC粉制备超粗型矿山、挖掘工具用硬质合金的最主要的技术问题是硬质合金晶粒组织结构分布不均匀、晶粒分布幅度广、夹粗控制困难等难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，旨在实现合金强度和显微硬度的良好匹配，使硬质合金制品在耐磨性和韧性上达到高度的统一，提高合金的综合使用性能。
本发明的技术方案是：将质量分数为10wt％～16wt％的Co和粒度为8.5～28.7μm的WC粉球a磨制得平均粒度为4.0～6.0μm的混合料1；将质量分数为10wt％～16wt％的Co和粒度为40～60μm的WC粉球b磨制得平均粒度为20～30μm的混合料2；将混合料1和混合料2混合得混合料3，其中，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的5～50％；将配料后的物料再经混合、过筛、压制成型、烧结制得所述的挖路齿用WC-Co硬质合金。
本发明中，通过所述的分步球磨工艺、再配合所述的物料配比、混合、过筛、压制成型、烧结处理，有助于制得兼具良好耐磨性和韧性的挖路齿硬质合金。本发明方法制得的WC-Co硬质合金综合性能优异，可为掘路等基础设施建设领域方面提供质优价廉的合金。
本发明中，采用所述的方法生产的挖路齿用WC-Co硬质合金，经过选用多种粒度的WC原料配比掺合，经湿磨混合料的多批制备掺杂湿混后，使WC的粒度成形符合挖路齿用WC-Co专用的一种多峰结构钨钴硬质合金，且具有低的膨胀系数和较好的断裂韧性，因而能满足硬质合金使用的特殊使用要求，有效地克服了国内碳化钨粉制备技术制约而造成的国内硬质合金制造质量不高的缺陷，使硬质合金产品的耐磨性和冲击韧性等综合性能得到了较好的统一。
作为优选，制备混合料1和混合料2所采用的Co的粒径为2～2.5μm。
作为优选，所述的WC粉球a的粒径为14.0～18.0μm；进一步优选为16.0～18.0μm。
作为优选，混合料1中，Co所占的重量百分数为10wt％～13wt％；进一步优选为12wt％～13wt％。
在所述的WC粉球a的粒径和Co的含量百分数下，一并粉磨，制得混合料1。
制备混合料1的球磨参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为3∶1，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨12～24h。
在所述的配料条件下，配合所述的球磨参数，制得所述的混合料1。本发明中，作为优选，混合料1的粒径为4.0～5.0μm；进一步优选为4.5～5.0μm。
本发明中，作为优选，所述的WC粉球b的粒径为40～50μm；进一步优选为50μm。
作为优选，混合料2中，Co所占的重量百分数为10wt％～13wt％。
将混合料2的物料配合球磨；作为优选，制备混合料2的球磨参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为3∶1，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨72～100h。
在所述的球磨参数下，制得混合料2；作为优选，混合料2的粒径为20.0～30.0μm；进一步优选为28.0～30.0μm。
本发明中，本发明中，将分步球磨制得的混合料1和混合料2按所述的比例混合、配料；无需再次球磨。
作为优选，将混合料1和混合料2时，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的20～40％；进一步优选为30～40％。
本发明中，将所述的混合料3干燥后干燥后再过80目筛网。
将过筛后的混合料3置于模具中，压制成型。
作为优选，将混合料3在200～500MPa下压制成压坯。进一步优选，压制过程的压力为300～350MPa。
作为优选，将制得的压坯低压烧结，其中，温度为1300～1600℃，保温时间为1～2h；烧结压力为2.5MPa。
本发明中，一种优选的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将选用粒度为8.5～28.7μm的WC粉球a，加入10wt％～16wt％的Co粉(2～2.5μm)，以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨12～24h后干燥；混合料1的平均粒度为4.0～6.0μm；
步骤(2)：选用粒度为40～60μm的WC粉球b，加入10wt％～16wt％的Co粉(2～2.5μm)，以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨72～100h后干燥，混合料2的平均粒度为20～30μm；
步骤(3)：将混合料1与混合料2混合均匀，所得到的混合料2的加入量为WC总量的5～50％；具体工艺如下：按照上述配比称取原料，混合料强度控制在只混合不球磨的程度，而得到最终混合料3，干燥后的混合料3过80目筛网；
步骤(4)：将步骤(3)中所得到的混合料3压制成压坯，压制压力为200～500MPa；
步骤(5)：低压烧结：将步骤(4)中压制的压坯在低压条件下烧结，烧结温度控制在1300～1600℃，保温时间控制在1～2h；烧结压力为2.5MPa。
更进一步优选的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将选用粒度为14.0～18.0μm的WC粉球a，加入10wt％～13wt％的Co粉(2～2.5μm)，以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨12～24h后干燥；混合料1的平均粒度为4.0～5.0μm；
步骤(2)：选用粒度为40～50μm的WC粉球b，加入10wt％～13wt％的Co粉(2～2.5μm)，以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨72～100h后干燥，混合料2的平均粒度为20～30μm；
步骤(3)：将混合料1与混合料2混合均匀，所得到的混合料2的加入量为WC总量的30～40％；具体工艺如下：按照上述配比称取原料，混合料强度控制在只混合不球磨的程度，而得到最终混合料3，干燥后的混合料3过80目筛网；
步骤(4)：将步骤(3)中所得到的混合料3压制成压坯，压制压力为300～350MPa；
步骤(5)：低压烧结：将步骤(4)中压制的压坯在低压条件下烧结，烧结温度控制在1300～1600℃，保温时间控制在1～2h；烧结压力为2.5MPa。
本发明中，通过所述的制备方法，制备的硬质合金的WC平均晶粒度达到5.0～7.2μm，抗弯强度达到2900～3200MPa，硬度HRA88.0～90.1。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对发明的范围无任何限制。
实施例1
一种挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：将质量分数为10wt％的Co(2～2.5μm)和粒度为14.7μm的WC粉球a磨制得平均粒度为4.3μm的混合料1(球磨工艺参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨12～24h后干燥)；将质量分数为10wt％的Co(2～2.5μm)和粒度为42μm的WC粉球b磨制得平均粒度为21.5μm的混合料2(球磨工艺参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨72～100h后干燥)；将混合料1和混合料2混合得混合料3，其中，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的20％；将配料后的物料再经混合、过筛、压制成型(300～350MPa)、烧结(烧结温度控制在1300～1600℃，保温时间控制在1h；烧结压力为2.5MPa)制得所述的挖路齿用WC-Co硬质合金。
将通过本实施例得到的挖路齿用WC-Co硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为5.5μm、平均抗弯强度为3000MPa、平均硬度为HRA89.8。
实施例2
一种挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：将质量分数为12wt％的Co(2～2.5μm)和粒度为16.2μm的WC粉球a磨制得平均粒度为4.6μm的混合料1(球磨工艺参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨12～24h后干燥)；将质量分数为12wt％的Co(2～2.5μm)和粒度为50μm的WC粉球b磨制得平均粒度为28.5μm的混合料2(球磨工艺参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨72～100h后干燥)；将混合料1和混合料2混合得混合料3，其中，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的30％；将配料后的物料再经混合、过筛、压制成型(300～350MPa)、烧结(烧结温度控制在1300～1600℃，保温时间控制在1h；烧结压力为2.5MPa)制得所述的挖路齿用WC-Co硬质合金。
将通过本实施例得到的挖路齿用WC-Co硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为6.5μm、平均抗弯强度为3100MPa、平均硬度为HRA89.0。
实施例3
一种挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其包括如下工艺步骤：将质量分数为13wt％的Co(2～2.5μm)和粒度为17.2μm的WC粉球a磨制得平均粒度为5.0μm的混合料1(球磨工艺参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨12～24h后干燥)；将质量分数为13wt％的Co(2～2.5μm)和粒度为50μm的WC粉球b磨制得平均粒度为29.6μm的混合料2(球磨工艺参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为1∶3，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨72～100h后干燥)；将混合料1和混合料2混合得混合料3，其中，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的40％；将配料后的物料再经混合、过筛、压制成型(300～350MPa)、烧结(烧结温度控制在1300～1600℃，保温时间控制在1h；烧结压力为2.5MPa)制得所述的挖路齿用WC-Co硬质合金。
将通过本实施例得到的挖路齿用WC-Co硬质合金(成型尺寸为6.5*5.25*20μm的标准产品)样本100件进行检测，得到WC平均晶粒度为7.1μm、平均抗弯强度为3200MPa、平均硬度为HRA88.1。
Claims (10)
1.一种挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，将质量分数为10wt％～16wt％的Co和粒度为8.5～28.7μm的WC粉球a磨制得平均粒度为4.0～6.0μm的混合料1；将质量分数为10wt％～16wt％的Co和粒度为40～60μm的WC粉球b磨制得平均粒度为20～30μm的混合料2；将混合料1和混合料2混合得混合料3，其中，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的5～50％；将配料后的物料再经混合、过筛、压制成型、烧结制得所述的挖路齿用WC-Co硬质合金。
2.如权利要求1所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，所述的WC粉球a的粒径为14.0～18.0μm。
3.如权利要求2所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，混合料1中，Co所占的重量百分数为10wt％～13wt％。
4.如权利要求1～3任一项所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，所述的WC粉球b的粒径为40～50μm。
5.如权利要求4所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，混合料2中，Co所占的重量百分数为10wt％～13wt％。
6.如权利要求5所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，将混合料1和混合料2时，混合料2中的WC占混合料3的WC总量的20～40％。
7.如权利要求1所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，制备混合料1和混合料2所采用的Co的粒径为2～2.5μm。
8.如权利要求1或5所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，制备混合料1的球磨参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为3∶1，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨12～24h；
制备混合料2的球磨参数为：以酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，球料比为3∶1，液固比为350mL/kg，球磨机转速为42r/min，球磨72～100h。
9.如权利要求8所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，将混合料3在200～500MPa下压制成压坯。
10.如权利要求9所述的挖路齿用WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于，将制得的压坯低压烧结，其中，温度为1300～1600℃，保温时间为1～2h；烧结压力为2.5MPa。
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