CN107739951A - 一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述硬质合金材料由硬化相、粘结相和成型剂组成，以质量分数计，硬化相88～92％，粘结相6～10％，余量为成型剂，硬化相由WC粉、B4C、(Ta，Nb)C、Mo2C、VC、TiC原料组成，粘结相包括B粉、Fe粉、羰基Ni粉和Co粉原料。本发明通过调节合金的成分使所制备的硬质合金中WC晶粒细小、分布均匀、致密度高，使的硬质合金材料表现出更优异的力学性能，改善了硬质合金的红硬性，解决了硬质合金中硬度、强度与耐磨性之间难以协调的矛盾。并且，本发明通过调节混合料的配方、烧结温度和烧结时间等参数来控制硬质合金梯度层的结晶态，使硬质合金内的晶粒细小，具有优异的硬度、耐磨性和韧性，能用于金属的机械加工。

Description

一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料
技术领域
本发明属于硬质合金技术领域，具体涉及一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料。
背景技术
硬质合金，由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。
硬质合金材料由两部分组成：一部分是硬化相，另一部分是粘结金属。硬化相是元素周期表中过渡金属的碳化物，如碳化钨、碳化钛、碳化钽等等，它们的硬度很高，熔点都在2000℃以上，甚至有些超过4000℃。硬化相的存在决定了合金具有极高硬度和耐磨性。粘结金属一般是铁族金属，常用的是钴和镍，粘结金属与硬化相便形成多晶合金。经过冷却，硬化相分布在粘结金属组成的网格里，彼此紧密地联系在一起，形成一个牢固的整体。硬质合金的硬度取决于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越细，则硬度也越大。硬质合金的韧性由粘结金属决定，粘结金属含量越高，抗弯强度越大。
目前，市场上常用的硬质合金材料为WC-Co基硬质合金材料，WC相是分布在Co相中，其金相组织均匀、机械性能一直。且随着硬质相粒度的细化，强度、硬度大幅度地提高。相应地由于硬质相太细、Co相平均自由程小，因而变形能力差，加上金相组织均匀，抗裂变性较低。因而这种进行金相结构均匀的硬质合金类制品存在着高硬度、高耐磨性与高韧性之间难以协调的矛盾。
发明内容
为了解决现有技术中常规硬质合金中硬度、强度与耐磨性之间难以协调的矛盾，在保证硬度的同时，提高硬质合金材料的强韧性以及耐磨性，本发明提出一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料。
本发明的目的将通过以下技术方案实现：一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述硬质合金材料由硬化相、粘结相和成型剂组成，以质量分数计，硬化相88～92％，粘结相6～10％，余量为成型剂，硬化相由WC粉、B4C、(Ta，Nb)C、Mo2C、VC、TiC原料组成，粘结相包括B粉、Fe粉、羰基Ni粉和Co粉原料。
优选的，一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述硬化相中，以质量分数计，B4C 2％～4％，(Ta，Nb)C 2～4％，Mo2C 1～2％，VC 0.5～1％，TiC 0.5～1％，余量为WC粉。
优选的，一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述WC粉的粒度为1.0～1.2μm，WC粉的含碳量为6.0％～6.3％。
一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述粘结相中，所述B粉0.5～1.0％，Fe粉0.5～1.0％，羰基Ni粉1～2％，余量为Co粉。
优选的，一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述B粉的粒径为2-4μm，Fe粉的粒径为2-4μm，羰基Ni粉的粒度小于1.0μm，Co粉的平均粒径小于1.0μm。
优选的，一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述成型剂包括石蜡、乙基纤维素、丁钠橡胶和油酸，石蜡、乙基纤维素、丁钠橡胶和油酸的体积比为1：1：3：5。
优选的，一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述硬质合金材料通过以下过程得到，称量硬化相、粘结相和成型剂，并将其均匀混合形成混合料，再将混合料在450MPa～500MPa的压力下压制成型得到压坯，接着将压坯在温度为1480℃～1520℃、真空度小于1×10-3Pa的条件下烧结1～2小时，随后置于Ar气氛下在1350～1420℃、110～120MPa下烧结1～2小时，自然冷却至室温后即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过调节合金的成分使所制备的硬质合金中WC晶粒细小、分布均匀、致密度高，使的硬质合金材料表现出更优异的力学性能，改善了硬质合金的红硬性，解决了硬质合金中硬度、强度与耐磨性之间难以协调的矛盾。并且，本发明通过调节混合料的配方、烧结温度和烧结时间等参数来控制硬质合金梯度层的结晶态，使硬质合金内的晶粒细小，具有优异的硬度、耐磨性和韧性，能用于金属的机械加工。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
实施例1
一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，所述硬质合金材料由硬化相、粘结相和成型剂组成，以质量分数计，硬化相88％，粘结相10％，成型剂为2％，具体如表1。
表1：
所述硬质合金材料通过以下过程得到，称量硬化相、粘结相和成型剂，并将其均匀混合形成混合料，再将混合料在480MPa的压力下压制成型得到压坯，接着将压坯在温度为1500℃、真空度小于1×10-3Pa的条件下烧结2小时，随后置于Ar气氛下在1400℃、110MPa下烧结2小时，自然冷却至室温即可。
实施例2
在实施例1配方的基础上，所述硬质合金材料通过以下过程得到，称量硬化相、粘结相和成型剂，并将其均匀混合形成混合料，再将混合料在500MPa的压力下压制成型得到压坯，接着将压坯在温度为1520℃、真空度小于1×10-3Pa的条件下烧结1小时，随后置于Ar气氛下在1350℃、120MPa下烧结2小时，自然冷却至室温即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，其特征在于：所述硬质合金材料由硬化相、粘结相和成型剂组成，以质量分数计，硬化相88～92％，粘结相6～10％，余量为成型剂，硬化相由WC粉、B4C、(Ta，Nb)C、Mo2C、VC、TiC原料组成，粘结相包括B粉、Fe粉、羰基Ni粉和Co粉原料。
2.根据权利要求1一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，其特征在于：所述硬化相中，以质量分数计，B4C 2％～4％，(Ta，Nb)C 2～4％，Mo2C 1～2％，VC 0.5～1％，TiC 0.5～1％，余量为WC粉。
3.根据权利要求1一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，其特征在于：所述WC粉的粒度为1.0～1.2μm，WC粉的含碳量为6.0％～6.3％。
4.根据权利要求1一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，其特征在于：所述粘结相中，所述B粉0.5～1.0％，Fe粉0.5～1.0％，羰基Ni粉1～2％，余量为Co粉。
5.根据权利要求1一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，其特征在于：所述B粉的粒径为2-4μm，Fe粉的粒径为2-4μm，羰基Ni粉的粒度小于1.0μm，Co粉的平均粒径小于1.0μm。
6.根据权利要求1一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，其特征在于：所述成型剂包括石蜡、乙基纤维素、丁钠橡胶和油酸，石蜡、乙基纤维素、丁钠橡胶和油酸的体积比为1：1：3：5。
7.根据权利要求1一种高强韧高耐磨性多晶硬质合金材料，其特征在于：所述硬质合金材料通过以下过程得到，称量硬化相、粘结相和成型剂，并将其均匀混合形成混合料，再将混合料在450MPa～500MPa的压力下压制成型得到压坯，接着将压坯在温度为1480℃～1520℃、真空度小于1×10-3Pa的条件下烧结1～2小时，随后置于Ar气氛下在1350～1420℃、110～120MPa下烧结1～2小时，自然冷却至室温后即可。
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