CN108085555A - 适用于切削高温合金的硬质合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于切削高温合金的硬质合金及其制备方法，适用于切削高温合金的硬质合金含有的组分及各组分的重量百分比如下：8.0～12.0％的Co粉、2.0～4.0％的TaC粉，1.0～1.5％的VC和Cr3C2，余量为费氏粒度0.2～0.4μm的WC粉，总计100％。本发明能够实现高温硬度与韧性的良好匹配，提高硬质合金的综合性能以及抗热冲击和抗热塑变形的能力。

Description

适用于切削高温合金的硬质合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种适用于切削高温合金的硬质合金及其制备方法。
背景技术
目前，高温合金具有优良高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能，因此它广泛应用于航空航天、船舶、核工业、电站等行业，例如现代燃汽涡轮发动机燃烧室、涡轮导向叶片与工作叶片、涡轮盘及涡轮转子结构件、航空发动机盘件、环形件等高温转动部件等等。
高温合金最难加工材料之一，如果45#钢加工性为100％，则高温合金相对加工性仅为5％～20％，其切削加工特点有：①切削力大，是普通钢材2～4倍。②切削温度高，最高可达1000℃左右。高温合金导热系数小，仅为45#钢1/4～1/3，刀具与工件间摩擦强烈而导热性差，故切削温度高。③加工硬化严重，表面硬度比基体硬度高50％～100％。④塑性变形大，在室温下延伸率可达30％～50％。⑤刀具易磨损，常见有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。由于这些特点，切削高温合金刀具材料应具有高强度、高红硬性、良好耐磨性和韧性、高导热性和抗粘接能力等。
传统的硬质合金由于高温硬度与良好韧性匹配度不好，尤其是抗粘接性能不好，导致切削性能不佳，都不适用于高温合金的切削加工。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种适用于切削高温合金的硬质合金，它能够实现高温硬度与韧性的良好匹配，提高硬质合金的综合性能以及抗热冲击和抗热塑变形的能力。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种适用于切削高温合金的硬质合金，它含有的组分及各组分的重量百分比如下：
8.0～12.0％的Co粉、2.0～4.0％的TaC粉，1.0～1.5％的VC和Cr3C2，余量为费氏粒度0.2～0.4μm的WC粉，总计100％。
进一步，VC和Cr3C2的总量与Co粉的质量比为＝(0.1～0.15)：1。
进一步，所述WC粉的Hcp值的范围为41～55KA/m。
本发明还提供了一种适用于切削高温合金的硬质合金的制备方法，方法的步骤中含有：
依次进行配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型和烧结工序；其中，湿磨的球料质量比为(5.0～6.0)：1，液固比为400～450ml/Kg，球磨时间为120～144h；在烧结工序中的烧结温度为1410～1430℃。
进一步，所述烧结采用多气氛压力烧结。
采用了上述技术方案后，本发明通过组分和组分重量份的配比设计实现了高温硬度与韧性的良好匹配，提高了硬质合金的综合性能以及抗热冲击和抗热塑变形的能力。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
配料时选用重量百分比为9.0％的Co粉，2.0％的TaC粉，VC+Cr3C2为1.2％，余量为02型WC粉，其费氏粒度为0.20μm、Hcp值为50～55KA/m，总计100％；以无水酒精作为球磨介质，液固比为450ml/Kg，球料质量比为6:1,球磨时间为144小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1430℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.2μm，抗弯强度为4000MPa，硬度Hv30 1980。
实施例二：
配料时选用重量百分比为9.0％的Co粉，3.0％的TaC粉，VC+Cr3C2为1.0％，余量为02型WC粉，其费氏粒度为0.25μm、Hcp值为48～52KA/m；以无水酒精作为球磨介质，液固比为440ml/Kg，球料比为6:1,球磨时间为144小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1430℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.25μm，抗弯强度为4200MPa，硬度Hv301890。
实施例三：
配料时选用重量百分比为9.5％的Co粉，3.0％的TaC粉，VC+Cr3C2为1.0，余量为02型WC粉，其费氏粒度为0.28μm、Hcp值为47～51KA/m；以无水酒精作为球磨介质，液固比为420ml/Kg，球料比为6:1,球磨时间为135小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1420℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.28μm，抗弯强度为4000MPa，硬度Hv301830。
实施例四：
配料时选用重量百分比为12.0％的Co粉，4.0％的TaC粉，VC+Cr3C2为1.5，余量为02型WC粉，其费氏粒度为0.38μm、Hcp值为41～44KA/m；以无水酒精作为球磨介质，液固比为400ml/Kg，球料比为6:1,球磨时间为120小时，喷雾干燥制得混合料，模压成型后，置于压力烧结炉内以1410℃进行烧结。以PS21(尺寸为6.5×5.25×20㎜)试样条作为检验本实施例方法制备的硬质合金的标准产品，其WC平均晶粒度为0.4μm，抗弯强度为4500MPa，硬度Hv301730。
以上四个实施例中02型WC粉采用“紫钨工艺”制备，是指：1、原料为高纯度的紫色氧化物；2、最先进的回转炉还原取代传统的四管或14管还原炉，从而使得其还原温度相对较高，杂质含量大幅减少，结晶更为完整；3、惰性气体保护下的气流破碎取代机械破碎。通过这些工艺革新，“紫钨工艺”制备的02型WC结晶完整，晶界强度更好。
采用闭式喷雾干燥+气旋制粒，关键的原料制备过程全部在密闭环境下一步完成，增氧大为减少，最大程度上降低了人为操作因素对产品质量的影响，而且气旋制粒参数设计恒定，制备的粒子大小均分，粒度分布更窄，从而确保产品性能更为稳定。
由于选用了0.2～0.4μm的“紫钨工艺”WC粉作为原料，同时采用适量TaC粉以提高合金的高温强度，并加入1.0～1.5％的VC+Cr3C2抑制晶粒长大，通过“多气氛压力烧结”，使最终得到的本发明的硬质合金的平均晶粒度达到0.2～0.4μm，而且合金结晶完整，致密度高，微观应变小，显微硬度高，其耐磨性和韧性均得到了很大程度的改善，实现了强度和硬度的良好匹配，抗弯强度达到了3500～4400MPa，硬度达到了Hv30 1700～1980，从而使合金综合性能大大提高，尤适用于切削高温合金。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于切削高温合金的硬质合金，其特征在于它含有的组分及各组分的重量百分比如下：
8.0～12.0％的Co粉、2.0～4.0％的TaC粉，1.0～1.5％的VC和Cr3C2，余量为费氏粒度0.2～0.4μm的WC粉，总计100％。
2.根据权利要求1所述的适用于切削高温合金的硬质合金，其特征在于：VC和Cr3C2的总量与Co粉的质量比为＝(0.1～0.15)：1。
3.根据权利要求1所述的适用于切削高温合金的硬质合金，其特征在于：所述WC粉的Hcp值的范围为41～55KA/m。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的适用于切削高温合金的硬质合金的制备方法，其特征在于方法的步骤中含有：
依次进行配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型和烧结工序；其中，湿磨的球料质量比为(5.0～6.0)：1，液固比为400～450ml/Kg，球磨时间为120～144h；在烧结工序中的烧结温度为1410～1430℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述烧结采用多气氛压力烧结。
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