CN109280790B - 硬质合金预烧半成品的补碳方法 - Google Patents

硬质合金预烧半成品的补碳方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硬质合金预烧半成品的补碳方法，将第一硬质合金物料烧结过程中形成的预烧半成品与未经烧结的第二硬质合金物料按照小于等于1:3的质量比进行混合烧结，其中，所述第一硬质合金物料与所述第二硬质合金物料包含相同的金属碳化物和金属粘结剂。与现有技术相比，该硬质合金预烧半成品的补碳方法能够降低补碳成本、工艺简单且安全性高。

Description

硬质合金预烧半成品的补碳方法
技术领域
本发明涉及硬质合金生产技术领域，尤其涉及一种硬质合金预烧半成品的补碳方法。
背景技术
目前，生产硬质合金大多采用整进整出的烧结方式，进入烧结炉的每炉物料价值较大，若出现异常，不能妥善处理，将会造成极大的损失。现有技术通常将石蜡作为成型剂，因而在预烧过程中存在脱蜡环节，在此期间出现烧结炉停电、耗品损坏等状况导致脱蜡异常时，需要对烧结炉停机维修，并将物料出炉放置，此时的物料可称为预烧半成品。但是物料出炉放置将会引起物料增氧，之后按照常规方式继续进行烧结，会使物料中的碳与氧发生反应，导致产品脱碳而产生不良品。因此，需要对预烧半成品进行补碳。
现有的补碳方法主要有两种，一种是将预烧半成品重新破碎、配碳返磨后，再压制烧结，但此种方法成本高、配碳难以精确控制、重工周期长、并且返磨过程也会增氧；另一种是在预烧半成品继续烧结过程中通入甲烷进行补碳，但此种方法具有一定的危险性，且控碳较难，容易产生不良品。
发明内容
为解决现有技术中硬质合金预烧半成品补碳困难，存在成本高、工艺复杂且具有一定危险性的问题，本发明提供一种能够降低补碳成本、工艺简单且安全性高的硬质合金预烧半成品的补碳方法。
本发明提供一种硬质合金预烧半成品的补碳方法，将第一硬质合金物料烧结过程中形成的预烧半成品与未经烧结的第二硬质合金物料按照小于等于1:3的质量比进行混合烧结，其中，所述第一硬质合金物料与所述第二硬质合金物料包含相同的金属碳化物和金属粘结剂，所述第二硬质合金物料的烧结工艺曲线包括600℃以下的预烧结阶段、600℃至液相温度之间的固相烧结阶段、及液相温度以上的液相烧结阶段；600℃及以上的各段工艺的保温温度与所述第一硬质合金物料的烧结工艺曲线中对应工艺段的保温温度之差不超过5℃。
本发明提供的硬质合金预烧半成品的补碳方法能够处理因烧结过程出现异常造成的物料增氧缺碳问题，与现有技术相比较，本发明提供的补碳方法更加安全，并且不需要对预烧半成品进行重新破碎、返磨等重工工序，极大地节约了时间并减少了物料浪费。此外，通过第二硬质合金物料中成型剂脱除时产生的含碳裂解物进行补碳，当含碳裂解物与氧反应完成后便会被抽出，实现了补碳量与增氧量的自动调节。
附图说明
图1是本发明对比例1中单独采用预烧半成品烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
图2是本发明实施例1中将预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:10的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
图3是本发明实施例1中将预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:7的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
图4是本发明实施例1中将预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:3的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
图5是本发明对比例2中单独采用预烧半成品烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
图6是本发明实施例2中将预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:10的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
图7是本发明实施例2中将预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:7的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
图8是本发明实施例2中将预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:3的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图。
具体实施方式
本发明提供一种硬质合金预烧半成品的补碳方法，主要步骤包括将第一硬质合金物料因烧结过程出现异常得到的预烧半成品与未经烧结的第二硬质合金物料进行混合烧结。烧结过程出现异常是指烧结过程中出现需要将烧结炉中物料出炉放置导致物料增氧的情况，包括但不限于是烧结炉停电、耗品损坏等情况。
第一硬质合金物料主要包括金属碳化物、金属粘结剂及成型剂。可以理解，第一硬质合金物料经过烧结，使金属碳化物分布在金属粘结剂形成的网格里，彼此紧密地联系在一起。
具体地，金属碳化物可以是碳化钨，也可以是碳化钨与碳化钛、碳化钽或者碳化铌的混合物。金属粘结剂可以是钴，也可以是镍。成型剂可以是石蜡，也可以是乙基纤维素或者PEG(聚乙二醇)。其中，石蜡是纯度最高的物质，易于脱除，残留碳非常低。
第二硬质合金物料主要包括金属碳化物、金属粘结剂及成型剂，且第二硬质合金物料与第一硬质合金物料包含相同的金属碳化物和金属粘结剂。
本发明提供的硬质合金预烧半成品的补碳方法的原理在于：在对第一硬质合金物料形成预烧半成品与第二硬质合金物料进行混合烧结时，第二硬质合金物料脱除成型剂过程中产生的含碳裂解物能够对预烧半成品起到补碳效果。
在一个优选实施方式中，采用石蜡作为第二硬质合金物料的成型剂，石蜡分子式为CnH2n+2，在400℃以下主要为蒸汽，400℃至600℃裂解，其裂解、氧化产物为CH4、C、CO等还原性物质，易与增氧后的预烧半成品发生氧化还原反应。
进一步地，为保证第二硬质合金物料在脱除成型剂时产生的含碳裂解物能够满足预烧半成品的补碳需求，预烧半成品与第二硬质合金物料的质量比应小于等于1:3。
为使预烧半成品与第二硬质合金物料经过烧结都得到良品，需使第二硬质合金物料的烧结工艺曲线与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线相近，从而使预烧半成品与第二硬质合金物料适合在同一烧结工艺曲线下进行混合烧结。
为详细限定第二硬质合金物料的烧结工艺曲线与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线是否相近，在一个优选实施方式中，将第二硬质合金物料与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线相应的划分为三个阶段，分别是600℃以下的预烧结阶段、600℃至液相温度之间的固相烧结阶段、及液相温度以上的液相烧结阶段。在其他实施方式中，还可以对上述三个阶段的每个阶段进行细分。
具体地，预烧阶段时，第一硬质合金物料或者第二硬质合金物料发生如下变化：随着温度的升高，成型剂逐渐分解或汽化排出。因而在此阶段，第二硬质合金物料脱除的成型剂能够对一起混合烧结的预烧半成品进行补碳。
第二硬质合金物料的烧结工艺曲线与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线相近时，第二硬质合金物料的烧结工艺曲线中，600℃以上的各段工艺的保温温度与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线中对应工艺段的保温温度之差不超过5℃。
第二硬质合金物料的烧结工艺曲线与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线相近时，第二硬质合金物料的烧结工艺曲线中，600℃至液相温度之间的各段工艺的保温时间与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线中对应工艺段的保温时间之差不超过30分钟。
第二硬质合金物料的烧结工艺曲线与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线相近时，第二硬质合金物料的烧结工艺曲线中，液相温度以上的各段工艺的保温时间与第一硬质合金物料的烧结工艺曲线中对应工艺段的保温时间之差不超过10分钟。
实施例1
将牌号规格为
Figure GDA0002233361260000051
的第一硬质合金物料在427℃程序保持过程中因出现脱蜡管道异常堵塞获得的预烧半成品与第二硬质合金物料进行混合烧结。根据牌号规格可知，第一硬质合金物料中的金属碳化物为碳化钨；金属粘结剂为钴且质量百分比为10％；外观呈直径为4mm的棒状体。
本实施例中，第二硬质合金物料的牌号与第一硬质合金物料相同，即同为YG10，以使预烧半成品与第二硬质合金物料能够按照同一烧结工艺曲线进行混合烧结。
具体地，实施例1将预烧半成品与第二硬质合金物料分别按照1:10、1:7及1:3的质量比进行混合烧结。作为实施例1的对比，对比例1单独采用预烧半成品按照相同的烧结工艺曲线进行烧结。将对比例1与实施例1获得的硬质合金样品进行物化性能对比，结果如表1所示。
需要说明的是，钴磁代表硬质合金的饱和磁化强度，钴磁太高就会出现渗碳，钴磁太低则会出现脱碳。表1中，A02代表A级孔的孔隙率为0.02％及以下，A04代表A级孔的孔隙率为0.06％及以下；B00代表没有B级孔；C00代表没有渗碳相；E06代表有脱碳相，E00代表没有脱碳相。
表1对比例1与实施例1获得的硬质合金样品的物化性能结果
Figure GDA0002233361260000061
据表1可知，对比例1获得的硬质合金样品的钴磁低于标准范围，出现了脱碳相，并且其抗弯强度低于标准值，因此，对比例1获得的硬质合金样品为不良品。实施例1中，将预烧半成品与第二硬质合金物料分别按照1:10、1:7及1:3的质量比进行混合烧结，得到的硬质合金样品的钴磁处于标准范围内，没有出现脱碳相，抗折强度及硬度也都能满足标准，因此，实施例1获得的硬质合金样品均为良品。
进一步地，请参阅图1至图4，其中，图1为对比例1获得的硬质合金样品的显微结构图，图中可以观察到颜色较深的脱碳相。图2、图3及图4分别为预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:10、1:7及1:3的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图，图中均没有观察到较色较深的脱碳相。
实施例2
将牌号规格为
Figure GDA0002233361260000062
的第一硬质合金物料在300℃程序保持过程中因出现脱蜡管温度过高获得的预烧半成品与第二硬质合金物料进行混合烧结。根据牌号规格可知，第一硬质合金物料中的金属碳化物为碳化钨；金属粘结剂为钴且质量百分比为8％；外观呈直径为31mm的棒状体。
本实施例中，第二硬质合金物料的牌号与第一硬质合金物料相同，即同为YG8，以使预烧半成品与第二硬质合金物料能够按照同一烧结工艺曲线进行混合烧结。
具体地，实施例2将预烧半成品与第二硬质合金物料分别按照1:10、1:7及1:3的质量比进行混合烧结。作为实施例2的对比，对比例2单独采用预烧半成品按照相同的烧结工艺曲线进行烧结。将对比例2与实施例2获得的硬质合金样品进行物化性能对比，结果如表2所示。
表2对比例2与实施例2获得的硬质合金样品的物化性能结果
Figure GDA0002233361260000071
据表2可知，对比例2获得的硬质合金样品的钴磁低于标准范围，出现了脱碳相，并且其硬度低于标准值，因此，对比例2获得的硬质合金样品为不良品。实施例2中，将预烧半成品与第二硬质合金物料分别按照1:10、1:7及1:3的质量比进行混合烧结，得到的硬质合金样品的钴磁处于标准范围内，没有出现脱碳相，抗折强度及硬度也都能满足标准，因此，实施例2获得的硬质合金样品均为良品。
进一步地，请参阅图5至图8，其中，图5为对比例2获得的硬质合金样品的显微结构图，图中可以观察到颜色较深的脱碳相。图6、图7及图8分别为预烧半成品与第二硬质合金物料按照1:10、1:7及1:3的质量比进行混合烧结获得的硬质合金样品的显微结构图，图中均没有观察到较色较深的脱碳相。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种硬质合金预烧半成品的补碳方法，其特征在于：将第一硬质合金物料烧结过程中形成的预烧半成品与未经烧结的第二硬质合金物料按照小于等于1:3的质量比进行混合烧结，其中，所述第一硬质合金物料与所述第二硬质合金物料包含相同的金属碳化物和金属粘结剂，所述第二硬质合金物料的烧结工艺曲线包括600℃以下的预烧结阶段、600℃至液相温度之间的固相烧结阶段、及液相温度以上的液相烧结阶段；600℃及以上的各段工艺的保温温度与所述第一硬质合金物料的烧结工艺曲线中对应工艺段的保温温度之差不超过5℃。
2.如权利要求1所述的补碳方法，其特征在于：所述金属碳化物为碳化钨或者碳化钨与碳化钛、碳化钽及碳化铌中的至少一种的混合物。
3.如权利要求1所述的补碳方法，其特征在于：所述金属粘结剂为钴或镍。
4.如权利要求1所述的补碳方法，其特征在于：所述第一硬质合金物料与所述第二硬质合金物料还分别包括成型剂，所述成型剂为石蜡、乙基纤维素及聚乙二醇中的任一种。
5.如权利要求1所述的补碳方法，其特征在于：所述第二硬质合金物料的烧结工艺曲线中，600℃至液相温度之间的保温时间与所述第一硬质合金物料的烧结工艺曲线中对应工艺段的保温时间之差不超过30分钟。
6.如权利要求5所述的补碳方法，其特征在于：所述第二硬质合金物料的烧结工艺曲线中，所述液相温度以上的液相烧结阶段的保温时间与所述第一硬质合金物料的烧结工艺曲线中对应工艺段的保温时间之差不超过10分钟。
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