CN109722583A

CN109722583A - 一种冷镦模具用硬质合金及其生产方法

Info

Publication number: CN109722583A
Application number: CN201910185119.3A
Authority: CN
Inventors: 黄伟; 刘江; 敖小龙
Original assignee: Zigong Cemented Carbide Co Ltd
Current assignee: Zigong Cemented Carbide Co Ltd
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明针对现有技术中冷镦模具用硬质合金硬度与强度难以兼顾的缺陷，提供一种冷镦模具用硬质合金的原料与生产方法，采用碳化钨作为主要原料，加入少量的钴、镍、钨来调配硬质合金的性能，通过加入钨粉和淬火强化钴相，提高了硬质合金中α‑Co相的含量，强化了α‑Co相的稳定性，提高合金的综合使用性能；通过加入镍，提高了合金的抗氧化性能以及韧性；通过混晶提高合金的耐磨性以及抗冲击强度，从而达到提高合金使用寿命的目的。其用料简单，易于通过各原料加入的量来准确控制硬质合金的性能，其工艺简单，成本低，得到的硬质合金的硬度、强度、使用寿命高。

Description

一种冷镦模具用硬质合金及其生产方法

技术领域

本发明涉及到一种硬质合金及其生产方法，具体涉及一种冷镦模具用的硬质合金的生产方法。

背景技术

在采用冷镦模具形成紧固件时，冷镦模具承受剧烈的冲压载荷，其凹模表面承受很高的压应力，这就要求冷镦模具的表面必须具有很高的硬度，而心部必须具有良好的韧性，生产冷镦模具材料具有较高的强度、韧性和耐磨性。

硬质合金具有高耐磨性特点，在工业中广泛运用，而随着紧固件行业的快速发展，具有高强度、高硬度优点的硬质合金在冷镦模具领域已逐步代替最初的合金工具钢被广泛使用，它主要用于直接接触工件的部位，将硬质合金作为芯模压入钢材料外套中，其更耐磨、更高效，使用寿命提高十几至几十倍。但是通常硬质合金的耐磨性与韧性是相矛盾的，合金具有高韧性时，硬度低，耐磨性差，而硬度高时，韧性低，脆性增加，即韧性与硬度难以兼顾，往往要靠牺牲其中一项才能满足另一项性能，这是阻碍硬质合金产品性能提高的主要技术问题，严重限制了产品的应用。

随着冷镦行业的发展，冲压频率越来越高，达到每分200次，模芯在使用过程中温度越来越高，造成合金粘接相氧化、硬质相脱落，模具失效，而传统的硬质合金抗氧化性能差，影响了合金模具的整体寿命。

现有专利中，申请号为CN102212731A的发明专利，运用硬质合金材料非均匀结构理论，采用合理搭配粗颗粒碳化钨和细颗粒碳化钨的比例，达到兼顾合金的韧性和硬度的目的，而随着冷镦工艺的发展，该专利公开的硬质合金不能满足其对韧性以及抗氧化性能的要求；申请号为CN103882275A的发明专利同样通过合理搭配粗颗粒碳化钨和细颗粒碳化钨的比例，兼顾合金的韧性和硬度，通过淬火提高合金的韧性，但是添加Cr₃C₂会带来强度降低的缺陷，且无法解决模具氧化失效问题；申请号为CN104388796A的发明专利通过添加Cr₃C₂以及淬火处理提高合金韧性，但无法解决高速冲击带来合金氧化问题，以及由于加入Cr₃C₂导致合金强度降低的问题；申请号为CN102061401A的发明专利通过制备板状碳化钨和添加稀土来提高硬质合金的韧性和硬度，但其韧性提高有限，不能很好的解决耐磨性和抗氧化问题；申请号为CN105950935A的发明专利通过添加镍、碳化铬、碳化钨、碳化钛、铌，以及深冷处理，低温回火处理，工艺复杂，给质量控制带来难度，深冷温度低带来成本高；申请号为CN200810031231.3通过添加镍以及合理搭配粗颗粒碳化钨粉和细颗粒碳化钨粉的比例，提高合金的断裂强度和韧性，但其公开的硬质合金只能用作热镦，在冷镦领域耐磨性和韧性都不能满足要求。

综上所述，开发出具有高强度、高硬度和高抗氧化性等综合性能高的冷镦模具用硬质合金具有很大的应用空间，意义重大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种冷镦模用硬质合金，实现硬质合金兼有高强度和高硬度，且具有良好的抗氧化性，从而提高合金综合使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供一种冷镦模具用硬质合金，包括以下重量百分比的原料组分：碳化钨75～80％，粘接剂20～25％，钨0.1～1％。

优选的，所述硬质合金的硬质相晶粒尺寸为1.6～3.2μm。

优选的，所述粘接剂为钴和镍的混合物，其中，镍占所述粘接剂的重量百分比为5～20％。

优选的，所述碳化钨中粒度为20～25μm的颗粒占比75％～90wt％，余量碳化钨粒度为4～6μm，如此采用粗细混晶搭配，提高合金的硬度和强度；所述钨的粒度为0.6～1.2μm，此粒度范围内的钨粉更加有利于其固溶与钴相中，结合淬火工艺，起到钴相固溶强化的效果。

本发明还提供一种上述冷镦模具用硬质合金的生产方法，包括如下步骤：

(1)配料：将各原料按重量百分比混合；

(2)研磨；

(3)压制：将步骤(2)得到的研磨后的混合料压制成毛坯；

(4)烧结：将步骤(3)得到的毛坯在进行压力烧结，得到硬质合金；

(5)淬火：将步骤(4)得到的硬质合金进进行淬火处理；

(6)回火：将步骤(5)中淬火处理后的硬质合金进行回火处理，即得到冷镦模具用硬质合金。

优选的，所述步骤(2)的研磨工艺具体为：将步骤(1)中配制的混合原料加入占其总重量1.5～2％的成型剂，然后按300～500ml/kg的液固比与保护剂混合，接着采用球磨机按照(2～4):1的球料比湿磨16～48小时，最后干燥得到混合料；采用的成型剂优选为液体石蜡为、SBP、PEG中的至少一种，采用的保护剂保护各原料在长时间的球磨过程中不易被空气氧化，优选己烷、丙酮、庚烷中的至少一种，成型剂与保护剂在喷雾干燥过程中被蒸发掉以保证混合料中合金原料的纯度。

优选的，所述步骤(4)中的压力烧结工艺具体为：将毛坯置于低压烧结炉中，在1400℃～1460℃、1～5MPa的条件下保温60～90分钟，之后降温至室温。

优选的，所述步骤(5)中的淬火工艺具体为：将硬质合金置于淬火炉中，然后升温至1100～1250℃，保温30～120分钟，接着进行油淬、水淬或气淬10～30分钟，其中，升温前先对淬火炉抽真空至真空度为50Pa以下，或者对淬火炉充氮气和/或惰性气体作为保护气体。

优选的，所述步骤(6)中的回火工艺具体为：将淬火后的硬质合金置于高温炉中，升温至300～500℃并保温180～600分钟，然后降温至室温。

附图说明

图1：实施例1中硬质合金金相组织照片；

图2：实施例1中硬质合金金相断口扫描电镜照片；

本发明提供的冷镦模具用硬质合金，采用碳化钨作为主要原料，加入少量的钴、镍、钨来调配硬质合金的性能，通过加入钨粉和淬火强化钴相，提高了硬质合金中α-Co相的含量，强化了α-Co相的稳定性，提高合金的综合使用性能；通过加入镍，提高了合金的抗氧化性能以及韧性；通过混晶提高合金的耐磨性以及抗冲击强度，从而达到提高合金使用寿命的目的。其用料简单，易于通过各原料加入的量来准确控制硬质合金的性能，其工艺简单，成本低，得到的硬质合金的硬度、强度、使用寿命高。

具体实施方式

实施例1

采用Fsss粒度24.5μm和5.5μm的碳化钨粉，其中24.5μm的碳化钨粉质量分数为90％，5.5μm的碳化钨粉质量分数10％，按重量比碳化钨：(Co+Ni)：W＝79.9：20：0.1，镍粉占粘接相的比例为20％，湿磨球与混合料的质量比3.5：1，研磨介质为己烷，己烷与混合料的比例为350ml/Kg，成型剂为石蜡，加入量为混合料重量的2％，球磨28小时，球磨后的粉料经过喷雾干燥制粒，并压制成型，将压制品放入5MPa的低压烧结炉中在1420℃保温60min，冷却至室温后获得烧结合金，将烧结合金在淬火炉内加热至1100℃，保温2小时，油淬15分钟，然后将淬火后的合金在450℃低温回火处理，保温180分钟，自然冷却至室温得到冷镦模具用硬质合金。

实施例2

采用Fsss粒度22.5μm和4.5μm的碳化钨粉，其中22.5μm的碳化钨粉质量分数为85％，4.5μm的碳化钨粉质量分数15％，按重量比碳化钨：(Co+Ni)：W＝77.8：22：0.2，镍粉占粘接相的比例为15％，湿磨球与混合料的质量比3.5：1，研磨介质为己烷，己烷与混合料的比例为400ml/Kg，成型剂为石蜡，加入量为混合料重量的2％，球磨28小时，球磨后的粉料经过喷雾干燥制粒，并压制成型，将压制品放入1MPa的低压烧结炉中在1420℃保温60min，冷却至室温后获得烧结合金，将烧结合金在淬火炉内加热至1200℃，保温2小时，油淬15分钟，然后将淬火后的合金在400℃低温回火处理，保温300分钟，自然冷却至室温得到冷镦模具用硬质合金。

实施例3

采用Fsss粒度20.2μm和5.80μm的碳化钨粉，其中20.2μm的碳化钨粉质量分数85％，5.8μm的碳化钨粉质量分数15％，按重量比碳化钨：(Co+Ni)：W＝75：24：1，镍粉占粘接相的比例为10％，湿磨球与混合料的质量比3.5：1，研磨介质为己烷，己烷与混合料的比例为400ml/Kg，成型剂为石蜡，加入量为混合料重量的2％，球磨28小时，球磨后的粉料经过喷雾干燥制粒，并压制成型，将压制品放入1MPa的低压烧结炉中在1420℃保温60min，冷却至室温后获得烧结合金，将烧结合金在淬火炉内加热至1250℃，保温2小时，气淬30分钟，然后将淬火后的合金在500℃低温回火处理，保温300分钟，自然冷却至室温得到冷镦模具用硬质合金。

实施例4

采用Fsss粒度24μm和4.0μm的碳化钨粉，其中24μm的碳化钨粉质量分数88％，4.0μm的碳化钨粉质量分数12％，按重量比碳化钨：(Co+Ni)：W＝76.3：23：0.7，镍粉占粘接相的比例为5％，湿磨球与混合料的质量比3.5：1，研磨介质为己烷，己烷与混合料的比例为400ml/Kg，成型剂为石蜡，加入量为混合料重量的2％，球磨24小时，球磨后的粉料经过喷雾干燥制粒，并压制成型，将压制品放入1MPa的低压烧结炉中在1420℃保温60min，冷却至室温后获得烧结合金，将烧结合金在淬火炉内加热至1150℃，保温2小时，油淬15分钟，然后将淬火后的合金在450℃低温回火处理，保温600分钟，自然冷却至室温得到冷镦模具用硬质合金。

从表1可以看出，合金理化性能正常，硬度为83.2/83.3度，保证了合金的耐磨性，同时也兼顾了韧性，使用寿命超过100万次。对上述实施例1至4中提供的冷镦模具用硬质合金进行密度、硬度、磁力、钴磁等静态物理性能测试并与作为对照例的现有的冷镦模具用硬质合金进行对比，其测试结果如下表1所示：

表1静态物理性能测试

其中使用寿命的检测为用于冷镦螺钉，材质为SWRCH22A，

从图1的金相照片中可以看出，实施例1提供的冷镦模具用硬质合金的晶粒由粗细碳化钨组成的非均匀结构，兼顾合金的韧性和耐磨性，从图2的扫描电镜照片可看到，实施例1提供的冷镦模具用硬质合金的合金断口晶粒比较完整，较少的穿晶断裂，显示出合金有较强的韧性，结合图1、图2与表1可知，采用本发明提供的原料与方法制备得到的冷镦模具用硬质合金，具有密度大、硬度高、磁性好、使用寿命高的优点，其硬度在82HRA以上，使用寿命在110万次以上，很好地保证了耐磨性，同时也兼顾了韧性，各项特性皆优于现有市场上得到的冷镦模具用硬质合金。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种冷镦模具用硬质合金，其特征在于，包括以下重量百分比的原料组分：碳化钨75～80％，粘接剂20～25％，钨0.1～1％。

2.根据权利要求1所述的冷镦模具用硬质合金，其特征在于，所述硬质合金的硬质相晶粒尺寸为1.6～3.2μm。

3.根据权利要求1所述的冷镦模具用硬质合金，其特征在于，所述粘接剂为钴和镍的混合物，其中，镍占所述粘接剂的重量百分比为5～20％。

4.根据权利要求1所述的冷镦模具用硬质合金，其特征在于，所述碳化钨中粒度为20～25μm的颗粒占比为75％～90wt％，余量碳化钨粒度为4～6μm；所述钨的粒度为0.6～1.2μm。

5.一种权利要求1至4任一所述冷镦模具用硬质合金的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配料：将各原料按重量百分比混合；

(2)球磨、干燥；

(3)压制；

(4)烧结；

(5)淬火：将步骤(4)得到的硬质合金进行淬火处理；

6.根据权利要求5所述冷镦模具用硬质合金的生产方法，其特征在于，所述步骤(4)中的烧结工艺具体为：将毛坯置于低压烧结炉中，在1400℃～1460℃、1～5MPa的条件下保温60～90分钟，之后降温至室温。

7.根据权利要求5所述冷镦模具用硬质合金的生产方法，其特征在于，所述步骤(5)中的淬火工艺具体为：将硬质合金置于淬火炉中，然后升温至1100～1250℃，保温30～120分钟，接着进行油淬、水淬或气淬10～30分钟，其中，升温前先对淬火炉抽真空至真空度为50Pa以下，或者对淬火炉充氮气和/或惰性气体作为保护气体。

8.根据权利要求5所述冷镦模具用硬质合金的生产方法，其特征在于，所述步骤(6)中的回火工艺具体为：将淬火后的硬质合金置于高温炉中，升温至300～500℃并保温180～600分钟，然后降温至室温。