CN108950341A - 硬质合金及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了硬质合金，其原料包括碳化钨粉和金属钴粉，所述原料还包括复式碳化物和氧化钇，其中，所述碳化钨粉的重量百分比为30～35%，所述金属钴粉的重量百分比为5～8%，所述复式碳化物的重量百分比为60～66%，所述氧化钇的重量百分比为0.01‑0.05%；所述碳化钨粉的粒度为2～3μm，所述碳化钨的总碳含量为5.85～5.9%，所述复式碳化物的粒度为2～3μm，所述复式碳化物的总碳含量为10.8～11.2%，所述复式碳化物的钛含量为31.8～32.2%；通过加入复式碳化物，相应地降低所述碳化钨粉和所述金属钴粉的配比重量，从而降低该硬质合金的密度和克重，使该硬质合金更为轻质；氧化钇弥散分布在粘结相中，经过合金性能检测，氧化钇的加入提高合金强度和合金硬。

Description

硬质合金及制备方法
技术领域
本发明涉及硬质合金技术领域，具体涉及一种硬质合金及硬质合金制备方法。
背景技术
硬质合金是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。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。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。硬质合金具有很高硬度和耐磨性、良好的弹性模量、很高的抗压强度、较好的化学稳定性和低的热膨胀系数；作为一种高效工具材料和结构材料，其应用领域不断拓展，对工业发展和科学技术进步起到了重要的推动作用。尤其是与其他硬质合金相比具有更高的硬度、韧性及优良的耐磨性的钨钴类硬质合金被广泛应用于金属切削加工、金属成形工具、矿山钻探以及耐磨部件等方面。
但是，现有生产技术下制造的硬质合金存在克重大、成本高等问题，导致其难以广泛推广使用。
因此，现需提供一种轻质且耐磨的硬质合金及硬质合金制备方法。
发明内容
为此，本发明提供了一种硬质合金，其原料包括碳化钨粉和金属钴粉，所述原料还包括复式碳化物和氧化钇，其中，所述碳化钨粉的重量百分比为30～35％，所述金属钴粉的重量百分比为5～8％，所述复式碳化物的重量百分比为60～66％，所述氧化钇的重量百分比为0.01-0.05％；所述碳化钨粉的粒度为2～3μm，所述碳化钨的总碳含量为5.85～5.9％，所述复式碳化物的粒度为2～3μm，所述复式碳化物的总碳含量为10.8～11.2％，所述复式碳化物的钛含量为31.8～32.2％。
所述复式碳化物包括碳化钨与碳化钛，其中，所述碳化钨和所述碳化钛的混料重量百分比为60％：40％。
硬质合金制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、将碳化钨粉、金属钴粉、氧化钇和复式碳化物按以下重量百分比进行配比：述碳化钨粉的重量百分比为30～35％、所述金属钴粉的重量百分比为5～8％、所述复式碳化物的重量百分比为60～66％，其中，所述碳化钨粉的粒度为2～3μm，所述碳化钨的总碳含量为5.85～5.9％，所述复式碳化物的粒度为2～3μm，所述复式碳化物的总碳含量为10.8～11.2％，所述复式碳化物的钛含量为31.8～32.2％；
步骤二、对步骤一配比后的原料进行湿磨，得到浆料并进行干燥；
步骤三、对干燥后的粉料进行掺胶制粒后压制成型，并进行脱胶烧结，获得所需的硬质合金。
在步骤一中，所述碳化钨粉的粒度设为2μm，所述金属钴粉的粒度为2μm。
在步骤一中，所述复式碳化物包括碳化钨与碳化钛，其中，所述碳化钨和所述碳化钛的混料重量百分比为60％：40％。
在步骤二中，湿磨时添加湿磨介质，所述湿磨介质设为含水量为5wt％的工业酒精。
在步骤二中，湿磨的时间为20～40h，湿磨的球料比例为4∶1。
在步骤三中，烧结温度为1400～1550℃，烧结时间为1h。
本发明相对于现有技术，具有如下优点之处：
在本发明中，通过加入复式碳化物，相应地降低所述碳化钨粉和所述金属钴粉的配比重量，从而降低该硬质合金的密度和克重，进而使得该硬质合金比现有技术中的硬质合金更为轻质；同时，氧化钇弥散分布在粘结相中，经过合金性能检测，氧化钇的加入提高了合金强度，提高了合金的硬度；也就是说，本发明增加了复式碳化物粉，相应地碳化钨粉及金属钴粉的配比重量得以降低，并添加了稀土元素以提高材料的各项性能，从而获得耐磨性能好的轻质硬质合金。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例3所述的硬质合金金相图；
图2为实施例4所述的硬质合金金相图；
图3为实施例5所述的硬质合金金相图；
图4为对比例1所述的硬质合金金相图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种硬质合金，其原料包括碳化钨粉和金属钴粉，所述原料还包括复式碳化物和氧化钇，其中，所述碳化钨粉的重量百分比为30～35％，所述金属钴粉的重量百分比为5～8％，所述复式碳化物的重量百分比为60～66％，所述氧化钇的重量百分比为0.01-0.05％；所述碳化钨粉的粒度为2～3μm，所述碳化钨的总碳含量为5.85～5.9％，所述复式碳化物的粒度为2～3μm，所述复式碳化物的总碳含量为10.8～11.2％，所述复式碳化物的钛含量为31.8～32.2％。
在本发明中，通过加入复式碳化物，相应地降低所述碳化钨粉和所述金属钴粉的配比重量，从而降低该硬质合金的密度和克重，进而使得该硬质合金比现有技术中的硬质合金更为轻质；同时，氧化钇弥散分布在粘结相中，经过合金性能检测，氧化钇的加入提高了合金强度，提高了合金的硬度；也就是说，本发明增加了复式碳化物粉，相应地碳化钨粉及金属钴粉的配比重量得以降低，并添加了稀土元素以提高材料的各项性能，从而获得耐磨性能好的轻质硬质合金。
进一步，所述复式碳化物包括碳化钨与碳化钛，其中，所述碳化钨和所述碳化钛的混料重量百分比为60％：40％。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例进一步提供一种硬质合金制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、将碳化钨粉、金属钴粉、氧化钇和复式碳化物按以下重量百分比进行配比：述碳化钨粉的重量百分比为30～35％、所述金属钴粉的重量百分比为5～8％、所述复式碳化物的重量百分比为60～66％、所述氧化钇的重量百分比为0.01-0.05％，其中，所述碳化钨粉的粒度为2～3μm，所述碳化钨的总碳含量为5.85～5.9％，所述复式碳化物的粒度为2～3μm，所述复式碳化物的总碳含量为10.8～11.2％，所述复式碳化物的钛含量为31.8～32.2％；
步骤二、对步骤一配比后的原料进行湿磨，得到浆料并进行干燥；
步骤三、对干燥后的粉料进行掺胶制粒后压制成型，并进行脱胶烧结，获得所需的硬质合金。
在本实施例中，通过加入复式碳化物，相应地降低所述碳化钨粉和所述金属钴粉的配比重量，从而降低该硬质合金的密度和克重，进而使得该硬质合金比现有技术中的硬质合金更为轻质。
作为优选的实施方式，在步骤一中，所述碳化钨粉的粒度设为2μm，所述金属钴粉的粒度为2μm；其中，所述复式碳化物包括碳化钨与碳化钛，其中，所述碳化钨和所述碳化钛的混料重量百分比为60％：40％
进一步，在步骤二中，湿磨时添加湿磨介质，所述湿磨介质设为含水量为5wt％的工业酒精；其中，湿磨的时间为20～40h，湿磨的球料比例为4∶1。
在步骤三中，烧结温度为1400～1550℃，烧结时间为1h。
在本实施例中，通过加入复式碳化物，相应地降低所述碳化钨粉和所述金属钴粉的配比重量，从而降低该硬质合金的密度和克重，进而使得该硬质合金比现有技术中的硬质合金更为轻质；同时，氧化钇弥散分布在粘结相中，经过合金性能检测，氧化钇的加入提高了合金强度，提高了合金的硬度；也就是说，本实施例通过增加复式碳化物粉，相应地碳化钨粉及金属钴粉的配比重量得以降低，并添加了稀土元素以提高材料的各项性能，从而获得耐磨性能好的轻质硬质合金。
实施例3
在实施例2的基础上，本实施例进一步提供具体地硬质合金制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、按重量百分比将6％的Co粉、0.03％的Y2O3、93.97％的WC粉混合得到1Kg混合料，混合料中WC粉的费氏粒度为2um、Co粉的费氏粒度为1.5um；
步骤二、将1Kg混合料加入容积为2L的球磨筒中，加入硬质合金研磨棒4Kg，并加入含水量为5wt％的工业酒精作为湿磨介质，然后湿磨30h，湿磨后得到浆料，并对浆料进行干燥；
步骤三、对干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，最终烧结温度为1450℃且保温1h，从而获得硬质合金试样条，其规格为5.25mm*6.5mm*20mm；其中，如图1为本实施例所获得的硬质合金金相图。
实施例4
在实施例2的基础上，本实施例进一步提供具体地硬质合金制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、按重量百分比将6％的Co粉、0.01％的Y2O3、93.99％的WC粉混合得到1Kg混合料，混合料中WC粉的费氏粒度为2um、Co粉的费氏粒度为1.5um；
步骤二、将1Kg混合料加入容积为2L的球磨筒中，加入硬质合金研磨棒3Kg，并加入含水量为5wt％的工业酒精作为湿磨介质，然后湿磨30h，湿磨后得到浆料，并对浆料进行干燥；
步骤三、对干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，最终烧结温度为1450℃且保温1h，从而获得硬质合金试样条，其规格为5.25mm*6.5mm*20mm；其中，如图2为本实施例所获得的硬质合金金相图。
实施例5
在实施例2的基础上，本实施例进一步提供具体地硬质合金制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、按重量百分比将6％的Co粉、0.05％的Y2O3、93.95％的WC粉混合得到1Kg混合料，混合料中WC粉的费氏粒度为2um、Co粉的费氏粒度为1.5um；
步骤二、将1Kg混合料加入容积为2L的球磨筒中，加入硬质合金研磨棒4Kg，并加入含水量为5wt％的工业酒精作为湿磨介质，然后湿磨30h，湿磨后得到浆料，并对浆料进行干燥；
步骤三、对干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，最终烧结温度为1450℃且保温1h，从而获得硬质合金试样条，其规格为5.25mm*6.5mm*20mm；其中，如图2为本实施例所获得的硬质合金金相图。
对比例1
在上述实施例的基础上，进一步提供一种对比例，其包括以下步骤：
步骤一、按重量百分比将8％的Co粉、92％的WC粉混合得到1Kg混合料，混合料中WC粉的费氏粒度为2um、co粉的费氏粒度为1.5um；
步骤二、将1Kg混合料加入容积为2L的球磨筒中，加入硬质合金研磨棒4Kg，并加入含水量为5wt％的工业酒精作为湿磨介质，然后湿磨30h，湿磨后得到浆料，并对浆料进行干燥；
步骤三、对干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，最终烧结温度为1450℃且保温1h，从而获得普通的硬质合金试样条，其规格为5.25mm*6.5mm*20mm；其中，如图3为本对比例所获得的硬质合金金相图。
综上，对实施例3、4、5和对比例1制备得到的硬质合金试样条进行性能检测，具体如表1所示。
表1
序号 代号 比重(g/cm3) 磁力(KA/m) 硬度(HRA) 强度(Mpa)
实施例1 ZC301 9.5 14.6 91.8 1380
实施例2 ZC302 9.7 14.2 92 1400
实施例3 ZC303 9.6 14.5 92.3 1360
对比例1 YG8 14.7 13.5 89 1840
通过表1数据分析，氧化钇的加入细化了合金的WC晶粒，提高了合金的抗弯强度和硬度；氧化钇在粘结相中的球形分布，使得裂纹在合金中的扩展时受到阻碍，提高了合金抗裂纹扩展能力，同时强化了合金粘结相，对于提高合金耐磨性有利。
同时，对金相中粘结相黑点能谱扫描分析，可知氧化钇颗粒呈球形分布且分散均匀没有团聚。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.硬质合金，其原料包括碳化钨粉和金属钴粉，其特征在于：所述原料还包括复式碳化物和氧化钇，其中，所述碳化钨粉的重量百分比为30～35%，所述金属钴粉的重量百分比为5～8%，所述复式碳化物的重量百分比为60～66%，所述氧化钇的重量百分比为0.01-0.05%；所述碳化钨粉的粒度为2～3μm，所述碳化钨的总碳含量为5.85～5.9%，所述复式碳化物的粒度为2～3μm，所述复式碳化物的总碳含量为10.8～11.2%，所述复式碳化物的钛含量为31.8～32.2%。
2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于：所述复式碳化物包括碳化钨与碳化钛，其中，所述碳化钨和所述碳化钛的混料重量百分比为60%：40%。
3.硬质合金制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、将碳化钨粉、金属钴粉、氧化钇和复式碳化物按以下重量百分比进行配比：述碳化钨粉的重量百分比为30～35%、所述金属钴粉的重量百分比为5～8%、所述氧化钇的重量百分比为0.01-0.05%、所述复式碳化物的重量百分比为60～66%，其中，所述碳化钨粉的粒度为2～3μm，所述碳化钨的总碳含量为5.85～5.9%，所述复式碳化物的粒度为2～3μm，所述复式碳化物的总碳含量为10.8～11.2%，所述复式碳化物的钛含量为31.8～32.2%；
步骤二、对步骤一配比后的原料进行湿磨，得到浆料并进行干燥；
步骤三、对干燥后的粉料进行掺胶制粒后压制成型，并进行脱胶烧结，获得所需的硬质合金。
4.根据权利要求3所述的硬质合金制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述碳化钨粉的粒度设为2μm，所述金属钴粉的粒度为2μm。
5.根据权利要求3所述的硬质合金制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述复式碳化物包括碳化钨与碳化钛，其中，所述碳化钨和所述碳化钛的混料重量百分比为60%：40%。
6.根据权利要求3所述的硬质合金制备方法，其特征在于：在步骤二中，湿磨时添加湿磨介质，所述湿磨介质设为含水量为5wt％的工业酒精。
7.根据权利要求3所述的硬质合金制备方法，其特征在于：在步骤二中，湿磨的时间为20～40h，湿磨的球料比例为4:1。
8.根据权利要求3所述的硬质合金制备方法，其特征在于：在步骤三中，烧结温度为1400～1550℃，烧结时间为1h。
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