CN109437908A - 一种高热硬性硬质合金及其制备方法 - Google Patents

一种高热硬性硬质合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨20‑30份、碳化钛5‑10份、碳化钽8‑15份、纳米氧化钴3‑5份、纳米氧化镍3‑5份、氧化钼3‑6份、纳米氧化铝1.5‑2.5份。加工方法为：将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合；在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛；将坯料置于模具中，在80‑120℃和22‑28MPa条件下压制成毛坯体；将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800‑900℃，保温1‑2h；再继续以5℃/min升温至1480‑1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。本发明具有良好的力学性能，尤其是具有优异的高温力学性能；加工方法简单且能够控制缺陷，提高材料性能。

Description

一种高热硬性硬质合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及硬质合金加工领域，具体是一种高热硬性硬质合金及其制备方法。
背景技术
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。
硬质合金因为其特性，常备应用在各种加工环境中。高温加工环境是加工中常有的氛围之一，现有的硬质合金具有较好的热硬性，但是在1000℃左右的高温环境下，热硬性下降明显，这就降低了硬质合金的实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高热硬性硬质合金及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨20-30份、碳化钛5-10份、碳化钽8-15份、纳米氧化钴3-5份、纳米氧化镍3-5份、氧化钼3-6份、纳米氧化铝1.5-2.5份。
作为本发明进一步的方案：碳化钨22-28份、碳化钛6-8份、碳化钽10-13份、纳米氧化钴3.5-4.5份、纳米氧化镍3.5-4.5份、氧化钼4-5份、纳米氧化铝1.8-2.2份。
作为本发明进一步的方案：碳化钨25份、碳化钛7份、碳化钽11份、纳米氧化钴4份、纳米氧化镍4份、氧化钼4.5份、纳米氧化铝2份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
作为本发明进一步的方案：粘结剂、添加剂预处理：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min。
作为本发明进一步的方案：液态石蜡在步骤(2)的后期加入。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过本发明中各组分的重量配合以及原料选用，能够有效的提高最终获得的硬质合金的力学性能，尤其是具有优异的高温力学性能。
2、本发明加工方法简单，通过多重均匀的混料可以提高粘结剂的使用效果，配合两段的烧结方式，可以减少烧结体内的缺陷，提高材料的性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨20份、碳化钛5份、碳化钽8份、纳米氧化钴3份、纳米氧化镍3份、氧化钼3份、纳米氧化铝1.5份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min；将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
实施例2
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨22份、碳化钛6份、碳化钽10份、纳米氧化钴3.5份、纳米氧化镍3.5份、氧化钼4份、纳米氧化铝1.8份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min；将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
实施例3
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨25份、碳化钛7份、碳化钽11份、纳米氧化钴4份、纳米氧化镍4份、氧化钼4.5份、纳米氧化铝2份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min；将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
实施例4
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨28份、碳化钛8份、碳化钽13份、纳米氧化钴4.5份、纳米氧化镍4.5份、氧化钼5份、纳米氧化铝2.2份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min；将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
实施例5
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨30份、碳化钛10份、碳化钽15份、纳米氧化钴5份、纳米氧化镍5份、氧化钼6份、纳米氧化铝2.5份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min；将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
对比例1
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨25份、碳化钛7份、碳化钽11份、纳米氧化钴4份、纳米氧化镍4份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min；将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
对比例2
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨25份、碳化钛7份、碳化钽11份、纳米氧化钴4份、纳米氧化镍4份、氧化钼4.5份、纳米氧化铝2份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
对比例3
本发明实施例中，一种高热硬性硬质合金，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨25份、碳化钛7份、碳化钽11份、纳米氧化钴4份、纳米氧化镍4份、氧化钼4.5份、纳米氧化铝2份。
一种高热硬性硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min；将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以20℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以20℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
将上述实施例1-5和对比例1-3制得的硬质合金材料与现有技术的YT牌号的硬质合金在同样的条件下按行业标准进行相关性能测试。其中，得到硬质合金的导热率、热膨胀系数、硬度、抗弯强度以及在高温下的硬度和抗弯强度的测试数据如下表：
表1
由上表的测试结果可以看出，按照本发明实施例1-5制得的硬质合金材料，要比现有的YT牌号的硬质合金拥有更优良的耐高温性，同时在常温下的硬度以及常温下的抗弯曲强度也要优于YT牌号。
从实施例1-5自身可以发现，随着粘结剂含量的增加，硬质合金材料的性能会逐渐提高，但是当继续增多时，各方面的性能会有所下降。
从对比例1-3和实施例3的测试结果可以看出，本发明通过加入氧化钼和纳米氧化铝组分，并在与其他组分进行复配和协同增效下，得到的硬质合金材料，能保证在常温下拥有高硬度、和高韧性的同时，还具有高的热硬性；本发明中，通过对粘结剂的预处理，能够在加工后具有更好的性能；在烧结过程中，加热速度的控制也非常重要，通过对比可以发现，升温速度过快会对材料的性能产生不利的影响。
另外，从对比例3和实施例4的测试结果可以看出，本发明在硬质合金制备过程中通过添加乙醇、柠檬酸和脂肪醇聚氧乙烯醚等有机溶剂来辅助原料球磨，可以降低硬质合金中的氧含量，并提高硬质合金的耐高温性等性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种高热硬性硬质合金，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：碳化钨20-30份、碳化钛5-10份、碳化钽8-15份、纳米氧化钴3-5份、纳米氧化镍3-5份、氧化钼3-6份、纳米氧化铝1.5-2.5份。
2.根据权利要求1所述的一种高热硬性硬质合金，其特征在于，碳化钨22-28份、碳化钛6-8份、碳化钽10-13份、纳米氧化钴3.5-4.5份、纳米氧化镍3.5-4.5份、氧化钼4-5份、纳米氧化铝1.8-2.2份。
3.根据权利要求1所述的一种高热硬性硬质合金，其特征在于，碳化钨25份、碳化钛7份、碳化钽11份、纳米氧化钴4份、纳米氧化镍4份、氧化钼4.5份、纳米氧化铝2份。
4.一种如权利要求1-3任一所述的一种高热硬性硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：将碳化钨、碳化钛和碳化钽按照重量配料后，与粘结剂和添加剂按照重量配料混合，置于搅拌式球磨机中在己烷研磨介质中以60-80转/min球磨混合6h。
(2)制备坯料：在混合物中加入少量液态石蜡，真空干燥后破碎化过筛。
(3)压坯制备：将坯料置于模具中，在80-120℃和22-28MPa条件下压制成毛坯体。
(4)烧结：将坯体置于真空烧结环境中，以5℃/min的升温速度升温至800-900℃，保温1-2h；再继续以5℃/min升温至1480-1680℃，保温2h，完成后自然冷却至室温。
5.根据权利要求4所述的一种高热硬性硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将纳米氧化钴、纳米氧化镍、氧化钼和纳米氧化铝配料后，置于高速式行星混料机中混合4h，转速为36000转/min。
6.根据权利要求4所述的一种高热硬性硬质合金的制备方法，其特征在于，液态石蜡在步骤(2)的后期加入。
7.一种如权利要求1-3任一所述的高热硬性硬质合金在制备机加工刀具上的应用。
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