CN107254618A - 一种双镐轮用硬质合金及其应用 - Google Patents

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沈中华
史伟文
张丽君
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    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
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Abstract

本发明涉及一种双镐轮用硬质合金，所述硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3‑8％的钴和0.3‑1％的稀土元素；所述稀土元素为钇和钕；所述钇与钕的质量比为1:(1.5‑2.5)。与牌号为YG8的钨钴合金相比，本发明得到的双镐轮用硬质合金可大幅提高该类合金产品的抗弯强度，其抗弯强度可达2350MPa；同时热膨胀系数增加了10‑15％左右，提高了硬质合金的焊接性能。将其应用于制备双镐轮开挖机械的挖掘部件时，能够减少了部件的损耗，延长使用寿命，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

Description

一种双镐轮用硬质合金及其应用
技术领域
本发明涉及合金制备领域，具体涉及一种双镐轮用硬质合金及其应用。
背景技术
双镐轮是用于矿山开挖双镐轮钻机主要起挖掘作用的硬质合金刀头，是整个钻机的主要易损零部件。在挖掘过程中，刀头与矿石直接接触，极易磨损和受冲击，因而需要经常更换。
现有技术中，镐轮一般以牌号为YG8的钨钴合金作为原材料，经过生产加工后得到。但是该牌号生产的硬质合金部件存在焊接性能差，不耐磨抗冲击性能差等问题。导致在挖掘时部件损耗过快，使用寿命短，增加施工成本的同时降低了工程施工效率。
因此需要开发性能更优异的双镐轮用硬质合金。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种双镐轮用硬质合金，通过调节产品配方和增加特定组分的稀土元素，提高了该硬质合金制品的耐冲击和焊接性能。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种双镐轮用硬质合金，所述硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3-8％的钴和0.3-1％的稀土元素；
所述稀土元素为钇和钕；
所述钇与钕的质量比为1:(1.5-2.5)。
β-Co是高温状态下的Co相结构，是面心立方结构(fcc)，α-Co是常温下的Co相结构，是六方结构(hcp)。面心立方结构相比较于六方结构具有更多的滑移面，表现为宏观性能就是具有更好的韧性和抗应力反应。
现有技术中双镐轮使用牌号为YG8的钨钴合金为原料进行制备，在熔炼过程中，由于高温的β-Co全部转化为常温的α-Co，使硬质合金产品的抗弯强度显著下降，进而影响其焊接性能和使用性能。
本发明选择在原有牌号YG8的基础上，增加3-8％的钴含量，同时添加0.3％-1％的稀土元素，所述稀土元素由金属钇(Y)和金属钕(Nd)以1:(1.5-2.5)的比例混合加入。上述特定比例的钇和钕相互配合，具有钉扎和弥散强化的作用，使合金在高温状态下存在的β-Co可以更多保留到常温状态下。在钨钴合金高温冷却过程中，β-Co向α-Co转变时(相变温度为700℃-800℃)，利用其钉扎作用，阻止fcc相向hcp相的转变，使更多的β-Co能保留到室温下，进而增加钴相的强度，使该合金具有更好的耐冲击性能。同时，由于该合金加入特定比例的钇和钕后，其fcc相被大部分保留到常温状态下，所以合金的热膨胀系数增加了10-15％左右，可以有效的增加硬质合金的焊接性能。
根据本发明，所述双镐轮用硬质合金中，以牌号为YG8的钨钴合金的质量计，钴的含量为3-8％，例如可以是3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％或8％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中，当钴的添加量过低时抗弯强度增加不明显；当钴的添加量过高时会导致耐磨性降低，难以应用于制备双镐轮。
根据本发明，所述双镐轮用硬质合金中，以牌号为YG8的钨钴合金的质量计，稀土元素的含量为0.3-1％，例如可以是0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％或1％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中，当稀土元素的含量过低时会起不到弥散强化的作用，当稀土元素的含量过高时则会使合金的性能急剧下降。
根据本发明，所述稀土元素由钇和钕组成，所述钇与钕的质量比为1:(1.5-2.5)，例如可以是1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4或1:2.5，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中，当钇与钕的质量比过低时会影响产品的致密性，当钇与钕的质量比过高时则影响产品的抗弯强度。
作为优选的技术方案，本发明所述双镐轮用硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3-6％的钴和0.4-0.9％的稀土元素；
所述稀土元素为钇和钕；
所述钇与钕的质量比为1:(1.8-2.2)。
作为进一步优选的技术方案，本发明所述双镐轮用硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3-5％的钴和0.5-0.8％的稀土元素；
所述稀土元素为钇和钕；
所述钇与钕的质量比为1:2。
根据本发明，按质量百分含量计，所述牌号为YG8的钨钴合金中钴的平均含量为8％，余量为碳化钨。所述牌号为YG8的钨钴合金可通过市购得到。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的硬质合金的应用，所述硬质合金应用于制备双镐轮开挖机械的挖掘部件。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明得到的双镐轮用硬质合金在具有合格耐磨性的基础上，大幅提高该类合金产品的抗弯强度，其抗弯强度可达2350MPa，较牌号为YG8的钨钴合金提高了39％左右。
(2)本发明得到的双镐轮用硬质合金较牌号为YG8的钨钴合金的热膨胀系数增加了10-15％左右，有效的提高了合金的焊接性能。
(3)本发明得到的双镐轮用硬质合金应用于制备双镐轮开挖机械的挖掘部件时，减少了部件的损耗，延长了其使用寿命，进而有效的降低了施工成本，提高了工程效率，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明在具体实施方式部分提供了一种双镐轮用硬质合金，所述硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3-8％的钴和0.3-1％的稀土元素；
所述稀土元素为钇和钕；
所述钇与钕的质量比为1:(1.5-2.5)。
以下为本发明的具体实施例：
实施例1
所述双镐轮用硬质合金由以下组分组成：牌号为YG8的钨钴合金；8％钴；0.2％钇；0.4％钕。
所述钴和稀土元素的添加量以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计。
实施例2
所述双镐轮用硬质合金由以下组分组成：牌号为YG8的钨钴合金；6％钴；0.4％钇；0.6％钕。
所述钴和稀土元素的添加量以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计。
实施例3
所述双镐轮用硬质合金由以下组分组成：牌号为YG8的钨钴合金；5％钴；0.2％钇；0.5％钕。
所述钴和稀土元素的添加量以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计。
实施例4
所述双镐轮用硬质合金由以下组分组成：牌号为YG8的钨钴合金；4％钴；0.3％钇；0.6％钕。
所述钴和稀土元素的添加量以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计。
实施例5
所述双镐轮用硬质合金由以下组分组成：牌号为YG8的钨钴合金；3％钴；0.25％钇；0.5％钕。
所述钴和稀土元素的添加量以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计。
对比例1
牌号为YG8的钨钴合金，按质量百分含量计，所述牌号为YG8的钨钴合金中钴的平均含量为8％，余量为碳化钨。
对比例2
与实施例1相比，除了将8％的钴替换为8％的镍外，其他组分与含量与实施例1相同。即使用其他元素替换钴。
对比例3
与实施例1相比，除了将钴的含量替换为1％外，其他组分与含量与实施例1相同。即钴含量不足。
对比例4
与实施例1相比，除了将钴的含量替换为10％外，其他组分与含量与实施例1相同。即钴含量过量。
对比例5
与实施例1相比，除了将0.2％的钇替换为0.2％的铥外，其他组分与含量与实施例1相同。即使用其他稀土元素替换钇。
对比例6
与实施例1相比，除了将0.4％的钕替换为0.4％的铈外，其他组分与含量与实施例1相同。即使用其他稀土元素替换钕。
对比例7
与实施例1相比，除了将0.2％的钇替换为0.2％的铥，0.4％的钕替换为0.4％的铈外，其他组分与含量与实施例1相同。即使用其他稀土元素替换钇和钕。
对比例8
与实施例1相比，除了将钇的含量替换为0.05％,，钕的含量替换为0.1％外，其他组分与含量与实施例1相同。即稀土元素的含量不足。
对比例9
与实施例1相比，除了将钇的含量替换为0.4％,，钕的含量替换为0.8％外，其他组分与含量与实施例1相同。即稀土元素的含量过量。
对比例10
与实施例1相比，除了将钇的含量替换为0.15％,，钕的含量替换为0.45％外，其他组分与含量与实施例1相同。即钇与钕的质量比过低。
对比例11
与实施例1相比，除了将钇的含量替换为0.3％,，钕的含量替换为0.3％外，其他组分与含量与实施例1相同。即钇与钕的质量比过高。
性能测试
分别测试实施例1-5以及对比例1-11中得到的合金的性能，采用抗弯强度试验机测试抗弯强度，采用顶杆式膨胀仪测试热膨胀系数，结果如表1所示。
表1
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种双镐轮用硬质合金，其特征在于，所述硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3-8％的钴和0.3-1％的稀土元素；
所述稀土元素为钇和钕；
所述钇与钕的质量比为1:(1.5-2.5)。
2.如权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3-6％的钴和0.4-0.9％的稀土元素；
所述稀土元素为钇和钕；
所述钇与钕的质量比为1:(1.8-2.2)。
3.如权利要求1或2所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金包括以下组分：牌号为YG8的钨钴合金；以所述牌号为YG8的钨钴合金的质量计3-5％的钴和0.5-0.8％的稀土元素；
所述稀土元素为钇和钕；
所述钇与钕的质量比为1:2。
4.如权利要求1-3任一项所述的硬质合金，其特征在于，按质量百分含量计，所述牌号为YG8的钨钴合金中钴的平均含量为8％，余量为碳化钨。
5.如权利要求1-4任一项所述的硬质合金的应用，其特征在于，所述硬质合金应用于制备双镐轮开挖机械的挖掘部件。
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