CN108441663A - 一种纳米晶硬质合金的热处理方法 - Google Patents

一种纳米晶硬质合金的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米晶硬质合金的热处理方法，包括以下步骤S01 取WC粉、钴粉置于球磨机中球磨制备混合料；S02 将S01中的混合料压制成毛坯强度条；S03 将S02中的毛坯强度条置于炉中过压烧结；S04 烧结后依次经过淬火、油浴和回火，所述淬火的温度为1050~1250℃，所述回火温度为500~700℃。本发明提高了合金的抗弯强度和断裂韧性，即提高合金中的使用寿命。

Description

一种纳米晶硬质合金的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种热处理方法，尤其涉及一种纳米晶硬质合金的热处理方法。
背景技术
研究表明WC-Co硬质合金中的面心立方а-Co相占比越多，合金的抗弯强度和断裂韧性越高，即合金的使用寿命越长。普通真空热处理处理WC-Co硬质合金烧结温度低，降温速度慢,只能消除表面处理后残留的杂质和水汽和内应力等，并不能改变WC-Co硬质合金中钴相的组成，但随着Co含量的提高，合金的使用寿命就大大降低。
随着合金化学成分的改变和组织缺陷的存在，合金的抗弯强度和断裂韧性的局限性，合金使用寿命受到了一定的限制，现有热处理方式改变不了这种现状。
发明内容
本发明为了提高硬质合金中а-Co的百分数，以提高合金的抗弯强度和断裂韧性，即提高合金中的使用寿命，提供了一种纳米晶硬质合金的热处理方法，包括以下步骤
S01 取WC粉、钴粉置于球磨机中球磨制备混合料；
S02 将S01中的混合料压制成毛坯强度条；
S03 将S02中的毛坯强度条置于炉中过压烧结；
S04 烧结后依次经过淬火、油浴和回火，所述淬火的温度为1050~1250℃，所述回火温度为500~700℃。
进一步的，烧结后依次经过1050℃淬火、40℃油浴和600℃回火，所述淬火工艺为由室温升温到900℃经保温然后升温到1050℃，经保温后油浴。
进一步的，所述回火的工艺过程为：由室温经升温到600℃，保温2小时后自然冷却。
进一步的，所述淬火工艺为由室温升温到900℃，升温时间为一小时，升温至900℃保温半小时，然后升温到1050℃，经保温半小时后油浴。
进一步的，烧结后依次经过1150℃淬火、 40℃油浴和700℃回火，所述淬火工艺为由室温升温到900℃经保温后升温到1150℃，再次保温后油浴。
进一步的，所述淬火的工艺为：由室温升温到900℃，升温时间为1小时，900℃保温半小时后升温到1250℃，升温时间为50分钟，1250℃保温半小时后油浴。
进一步的，所述回火的工艺为：由室温经50分钟升温到700℃，700℃保温2小时后自然冷却。
进一步的，S01中取97重量份WC粉、3重量份钴粉、300-500重量份Ф6合金球、13-16重量份无水酒精置入实验球磨机中球磨制备混合料，所述WC粉的晶粒度为0.6-0.8UM, WC粉的游离碳≤0.05%。
进一步的，S01中取90重量份WC粉、10重量份钴粉、300-500重量份Ф6合金球、13-16重量份无水酒精置入实验球磨机中球磨，所述WC粉的晶粒度0.6-0.8UM，WC粉的游离碳≤0.05%。
本发明所产生的有益效果：本发明通过淬火回火技术，使合金的抗弯强度和断裂韧性得到了提高，抗弯强度可达3600MPA以上，断裂韧性达29.4 MPAM1/2。
附图说明
图1 WC-3%Co出炉后的金相图；
图2 WC-10%Co出炉后的金相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
WC-3%Co的制备：
步骤1 按质量分数计：取97份WC粉（WC选型：晶粒度0.6-0.8UM,游离碳≤0.05%）和3份钴粉，300-500份Ф6合金球、13-16份无水酒精置入实验球磨机中球磨，球磨转数30-72r/min，球磨72-90H,制得混合料；
步骤2 取步骤1所得的混合料压制一定规格（35X5X5）毛坯强度条；
步骤3 将步骤2所得的毛坯强度条置于HIP炉中过压烧结，出炉金相检测合格后各自等分成10组，编A,B,C,D,E,F,G,H,I,J；出炉后合金的性能检测见表1，由表1可得，合金的物理金相性能合格，无孔洞，脱渗碳等；金相图见图1，由图1可看出无粗晶夹杂，图1表明淬火回火前的合金无明显的夹杂，粗晶，聚集现象，在此基础上可进行后续工作。
步骤4 A组经过普通的磨床粗磨精磨后做抗弯强度测试和断裂韧性测试，取B,C,D,E,F,G,H,I,J组依次经过淬火、油浴和回火，出炉后经粗磨精磨做抗弯强度和断裂韧性测试及金相性能检测。工艺过程为：
B组1050℃淬火+20min 40℃油浴，500℃回火；
C组1150℃淬火+20min 40℃油浴， 500℃回火；
D组1250℃淬火+20min40℃油浴，500℃回火；
E组1050℃淬火+20min 40℃油浴，600℃回火；
F组1150℃淬火+20min 40℃油浴，600℃回火；
G组1250℃淬火+20min40℃油浴，600℃回火；
H组1050℃淬火+20min 40℃油浴，700℃回火；
I组1150℃淬火+20min 40℃油浴，700℃回火；
J组1250℃淬火+20min 40℃油浴，700℃回火；
具体的淬火和回火工艺如下：
1050℃淬火工艺如下：室温经60MIN升温到900℃,900℃保温半小时，900℃经50分钟升温到1050℃，保温30分钟后油淬。
1150℃淬火工艺如下: 室温经60MIN升温到900℃,900℃保温半小时，900℃经85分钟升温到1150℃，保温30分钟后油淬。
1250℃淬火工艺如下：室温经60MIN升温到900℃,900℃保温半小时，900℃经120分钟升温到1250℃，保温30分钟后油淬。
500℃回火工艺如下：室温经35分钟升温到500℃，500℃保温2小时后随炉自然冷却。
600℃回火工艺如下：室温经45分钟升温到600℃，600℃保温2小时后随炉自然冷却。
700℃回火工艺如下：室温经50分钟升温到700℃，700℃保温2小时后随炉自然冷却。
实施例2
WC-10%Co的制备：
步骤1 取90份WC粉（WC选型：晶粒度0.6-0.8UM,游离碳≤0.05%）和10份钴粉，300-500份Ф6合金球、13-16份无水酒精置入实验球磨机中球磨，球磨转数30-72r/min，球磨48-72H,制得混合料；
步骤2 取步骤1所得的混合料压制一定规格（35X5X5）毛坯强度条；
步骤3 将步骤2所得的毛坯强度条置于HIP炉中过压烧结，出炉金相检测合格后各自等分成10组，编A,B,C,D,E,F,G,H,I,J，出炉后合金的性能检测见表1，表1中A类是指孔洞在10微米以下，B类是孔洞在10-25微米。由表1可得，合金的物理金相性能合格，无孔洞，脱渗碳等；金相图见图2，由图2可看出无粗晶夹杂,表明淬火回火前的合金无明显的夹杂，粗晶，聚集现象，在此基础上可进行后续工作。
步骤4 A组经过普通的磨床粗磨精磨后做抗弯强度测试和断裂韧性测试，B,C,D,E,F,G,H,I,J依次经过淬火、油浴和回火，出炉后经粗磨精磨做抗弯强度和断裂韧性测试及金相性能检测。工艺过程为：
B组1050℃淬火+20min 40℃油浴，500℃回火；
C组1150℃淬火+20min 40℃油浴， 500℃回火；
D组1250℃淬火+20min40℃油浴，500℃回火；
E组1050℃淬火+20min 40℃油浴，600℃回火；
F组1150℃淬火+20min 40℃油浴，600℃回火；
G组1250℃淬火+20min40℃油浴，600℃回火；
H组1050℃淬火+20min 40℃油浴，700℃回火；
I组1150℃淬火+20min 40℃油浴，700℃回火；
J组1250℃淬火+20min 40℃油浴，700℃回火；
具体的淬火和回火工艺如下：
1050℃淬火工艺如下：室温经60MIN升温到900℃,900℃保温半小时，900℃经50分钟升温到1050℃，保温30分钟后油淬。
1150℃淬火工艺如下: 室温经60MIN升温到900℃,900℃保温半小时，900℃经85分钟升温到1150℃，保温30分钟后油淬。
1250℃淬火工艺如下：室温经60MIN升温到900℃,900℃保温半小时，900℃经120分钟升温到1250℃，保温30分钟后油淬。
500℃回火工艺如下：室温经35分钟升温到500℃，500℃保温2小时后随炉自然冷却。
600℃回火工艺如下：室温经45分钟升温到600℃，600℃保温2小时后随炉自然冷却。
700℃回火工艺如下：室温经50分钟升温到700℃，700℃保温2小时后随炉自然冷却。
表1
淬火回火后的合金有轻微孔洞，但抗弯强度和断裂韧性有所改变，检测上述合金的抗弯强度和断裂韧性，结果见表2：
表2
编号 成分 A B C D E F G H I J
WC-3%Co 抗弯强度MPA 1800 2100 1900 1700 2200 1932 1745 1765 1946 1799
WC-3%Co 断裂韧性MPAM1/2 24.7 29.2 25.6 22.7 29.4 26.7 23.5 23.4 25.68 24.2
WC-10%Co 抗弯强度MPA 3000 　3056 　3100 　3243 2986 3125 　3200 3096 　3427 3675
WC-10%Co 断裂韧性MPAM1/2 12.8 　12.9 13.2 13.6 12.6 13.6 14 13.1 15.6 15.0　
由表2得，3%Co钨钴硬质合金1050℃淬火，600℃回火，抗弯强度和断裂韧性都提高了20%左右；10%Co钨钴硬质合金1150℃淬火,700℃回火，抗弯强度和断裂韧性都提高了20%左右；不同钴含量的钨钴硬质合金选择合适的淬火回火工艺，抗弯强度和断裂韧性在一定程度上得到了提高，从而提高了合金的使用寿命。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤
S01 取WC粉、钴粉置于球磨机中球磨制备混合料；
S02 将S01中的混合料压制成毛坯强度条；
S03 将S02中的毛坯强度条置于炉中过压烧结；
S04 烧结后依次经过淬火、油浴和回火，所述淬火的温度为1050~1250℃，所述回火温度为500~700℃。
2.根据权利要求1所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：烧结后依次经过1050℃淬火、40℃油浴和600℃回火，所述淬火工艺为由室温升温到900℃经保温然后升温到1050℃，经保温后油浴。
3.根据权利要求2所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：所述回火的工艺过程为：由室温经升温到600℃，保温2小时后自然冷却。
4.根据权利要求2所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：所述淬火工艺为由室温升温到900℃，升温时间为一小时，升温至900℃保温半小时，然后升温到1050℃，经保温半小时后油浴。
5.根据权利要求1所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：烧结后依次经过1150℃淬火、 40℃油浴和700℃回火，所述淬火工艺为由室温升温到900℃经保温后升温到1150℃，再次保温后油浴。
6.根据权利要求5所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：所述淬火的工艺为：由室温升温到900℃，升温时间为1小时，900℃保温半小时后升温到1250℃，升温时间为50分钟，1250℃保温半小时后油浴。
7.根据权利要求5所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：所述回火的工艺为：由室温经50分钟升温到700℃，700℃保温2小时后自然冷却。
8.根据权利要求1所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：S01中取97重量份WC粉和3重量份钴粉，加入Ф6合金球和无水酒精置入实验球磨机中球磨制备混合料，所述WC粉的晶粒度为0.6-0.8UM, WC粉的游离碳≤0.05%。
9.根据权利要求1所述的纳米晶硬质合金的热处理方法，其特征在于：S01中取90重量份WC粉和10重量份钴粉，加入Ф6合金球和无水酒精置入实验球磨机中球磨，所述WC粉的晶粒度0.6-0.8UM，WC粉的游离碳≤0.05%。
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