CN109811229A - 一种新型硬质合金粘结剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

该发明属于一种新型硬质合金粘结剂的制备方法，包括采用Ti粉与废料配Ti基合金料，雾化制粉，粉碎而制得Ti基合金粉，再将该合金粉与废料进行配料，压坯，烧结，而制得高Ti含量的大尺寸(包括薄片类)硬质合金制品。该发明由于采用钛基合金废料代替W及部分Ti粉作原料并先制得共晶成分的Ti基合金粉，再与废料按目的产品要求配料、压坯、烧结。从而具有制品变形小、孔隙度低，抗弯强度可提高8.5～13.0％，HRA硬质可提高0.5～1.0度，生产成本降低20％左右并可有效节约W、Ti自然资源等特点。克服了背景技术或设备投资大、生产率低；或制品变形大、抗弯强度和耐冲击性差；且均不能用于生产薄片类制品等弊病。

Description

一种新型硬质合金粘结剂的制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金领域中生产高钛(Ti)含量及大尺寸硬质合金的方法，特别是一种新型硬质合金粘结剂的制备方法。

背景技术

在传统的硬质合金生产工艺中，合金的粘结剂主要采用纯Ti(或Ti+Ni)粉，在烧结过程中W、C原子向Ti中扩散固溶而形成γ相的共晶体，为了加快W、C原子通过固相扩形成共晶成分往往需提高烧结温度、即将烧结温度至少提高到超过共晶温度100℃以上，这种通过提高烧结温度来加快液相形成的同时、又容易产生粗大的WC合金组织，显著降低硬质合金强度等性能；优其是在生产高Ti和大尺寸硬质合金制品时，由于在烧过程中坯体芯部与表面存在一定的温度差、加之Ti随着WC的溶入其熔点降低，而末溶入部分Ti的溶点仍较高，因而造成沿坯体温度梯度方向以及WC溶入Ti与未溶入Ti的各部分产生液相的温度时间和数量的一致性差，导致坯体收缩不均匀，制品形变大，特别是当Ti含量超过合金成份的10wt％时，其形变尤为明显，甚致根本不能获得产品；此外，在烧结过程中W、C原子向Ti相中溶解一析出时只能以非均匀形核的方式在晶粒的WC表面再析出，这种典型的溶解一析出机制亦促使WC晶粒长大，造成合金组织的均匀性差，影响合金制品的性能。为了克服轧辊、模具类大尺寸制品烧结中的形变和孔隙度高等问题，常规采用压力烧结或等静压烧结方式，来达到目的，但却存在压力烧结炉等设备昂贵且生产率却较低，制品生产成本高等弊病；而在申请号为98808877.0，发明名称为《制备超细碳化钨钛合金的方法》的专利文献中公开了一种Ti含量为6～24wt％并添加总量低于1.0wt％的晶粒长大抑制剂VC和/或Cr₃C₂以使WC、Ti及VC和/或Cr₃C₂通过碳热还原反生产PCB(印刷电路板)等加工用工具及拉刀等机加工工具。采用该技术虽然可生产具有超细晶粒地硬质合金刀具，但由于在合金成份中加入了VC和/或Cr₃C₂，从而大大降低了合金制品的抗弯强度和耐冲击性，若用于生产诸如轧辊等大尺寸的制品、使用中易发生爆辊事故。此外，目前生产厚度较小而直径(或面积)较大的薄片类高钛硬质合金、均是采用先烧结成厚度较大的片体，然后再将其磨成薄片的生产方法，以克服其形变。因此，上述背景技术存在或设备投资昂贵、生产率低，或制品变形大、抗弯强度和耐冲击性差，使用过程度易发生爆辊事故；且均不能用于直接生产薄片类高钛硬质合金制品以及需采用纯W、Ti作原料、生产成本高、耗费天然W、Ti资源等弊病。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的弊病，研究设计一种新型硬质合金粘结剂的制备方法，以达到节省天然W、Ti资源、充分利用再生资源、生产高品质的高钛、大尺寸类(包括薄片类)硬质合金制品、降低设备投资、提高生产率，有效降低生产成本等目的。

本发明的解决方案是采用回收处理后符合工业生产标准的含Ti(或Ti+Ni)的钛基合金废料为原料，首先采用部分废料按所需Ti或Ti+Ni的含量补加Ti粉制成共晶成份的Ti基合金粉，再将该合金粉与钛基合金破粹料经湿磨配料、压坯、烧结从而制得最终产品。因此，本发明包括：

A：配料制Ti基合金混合料：将钛基合金废料送入球磨机内，根据粉料中WC及Ti或Ti+Ni的含量加入Ti粉将成份配成含碳化钨16～30wt％、余量为Ti或Ti+Ni的粉料，湿磨混合16～48小时后，送入干燥装置干燥至含水率0.5～1.0％，得Ti基合金混合粉料；

B：雾化制粉：将上述混合粉料置于熔融炉内，在1300～1400℃温度及惰性气体保护下将其熔至熔融态后、送入雾化制粉机内制成粒度为-60～-160目的粉料；

C：粉碎：将由B所得粉料送入球磨机内湿磨48～72小时至粒度为-300～-600目后，再将湿磨混合料送入干燥装置内干燥至含水率0.5～1.0％，得Ti基合金粉；

D湿磨配料：将钛基合金废料送入球磨机内，根据粉料中WC及Ti或Ti+Ni的含量、并按最终制品中Ti或Ti+Ni含量为10～28wt％的要求加入经C制得的Ti基合金粉，湿磨混合24～72小时，得湿磨混合料；

E：压坯：将上述混合料干燥、掺胶混合均匀后，压制成制品坯件；

F：烧结：将压坯送入烧结炉内，在真空或氢气保护及1360～1500℃温度下烧结6～12小时，随炉冷却即得目的产品。

上述干燥装置为蒸汽或真空干燥装置，其干燥温度为90～120℃。而雾化制粉的气流速度≥332m/秒，物料流直径所述压制成制品坯件为轧辊、模具类及直径而厚度为0.5～3.0mm的薄片类制品的坯件。

本发明由于首先采用硬质合金废料与足量的钛通过熔炼、喷雾法制粉、湿磨粉碎制成粒度为1.0μm左右的Ti基合金粉，然后再采用该合金粉与硬质合金废料互配生产轧辊、模具类大尺寸及薄片类硬质合金制品。由于粉料中的Ti预先溶入了WC并生成共晶成分的Ti基合金粉，在烧结过程中形成液相的温度相同，在共晶成分的熔点附近迅速生成液相、完成烧结，其一，克服了背景技术由于在烧结过程中WC溶入Ti的时间、数量的差异、使烧结体各部分产生液相的时间和数量不相同，从而导致坯体收缩不均匀、变形大、微孔多、甚致不能获得成品，特别是不能用于直接生产薄片类制品等弊病；其二，由于在烧结过程中WC几乎不再向液相扩散溶解，可有效防止因不均匀的溶解再析出使WC颗粒异常长大；其三，采用回收处理后的硬质合金废料代替纯W及部分Ti作原料，不但有效地保护了W、Ti天然资源，促进其循环利用，而且可使制品的生产成本下降20％左右。因而本发明用于生产高钛、大尺寸及薄片形制品具有变形小、孔隙度低，抗弯强度可提高8.5～13.0％，HRA硬度可提高0.5～1.0度，生产成本低并可有效节约W、Ti自然资源、促进其循环利用等特点。

具体实施方式

实施例：

本实施例以生产直径为厚为75mm，其中Ti含量为20.0wt％的轧辊为例：

A、配制Ti基合金混合料：将Ti含量为6.0wt％的亚晶粒硬质合金废料26.6kg及平均粒度为1.2μm的纯Ti粉73.4kg置于球磨机内，湿磨混合24小时后干燥至含水率0.5～1.0％，得含WC25wt％的Ti基混合粉料；

B、雾化制粉；将所得混合粉料置于电熔炉内，在N₂保护及1380℃温度下加热至熔融状态后迅速送入雾化机内，在气流速度400m/秒，气流压力32MPa，物料流直径条件下雾化制成粒度为-120目的合金粉料；

C、粉碎：将合金粉料湿磨粉碎64小时后送入真空干燥机内，在100℃温度下干燥至含水率0.5～1.0％，得粒度为-500目，WC含量为25wt％的Ti基合金粉料100kg，分批待用；

D、湿磨配料：取所得Ti基合金粉20.3kg，连同Ti含量为6.0wt％的废硬质合金废料79.7kg一并送入球磨机内湿磨混合60小时，得湿磨混合料；

E、压坯：首先将由D所得湿磨混合料送入真空干燥箱内，在100℃温度下干燥至含水率0.5～1.0％后，加入浓度为11.5wt％的橡胶溶液，混合均匀后压制成轧辊环坯件；

F、烧结：将压制成的轧辊环坯件送入真空烧结炉内在1450℃温度下烧结8小时，随炉冷却后得直径厚75mm、Ti含量为20wt％硬质合金轧辊环制品。

经检测：WC晶粒度为1.6μm，抗弯强度为2500N/mm²，硬度为HRA84.7。

Claims (1)

1.一种新型硬质合金粘结剂的制备方法，该方法包括：

A、配件Ti基合金混合料：将钛基合金废料送入球磨机内、根据粉料中WC及Ti或Ti+Ni的含量加入Ti粉将成份配成含碳化钨16～30wt％，余量为Ti或Ti+Ni的粉料，湿磨混合16～48小时后，送入干燥装置干燥至含水率0.5～1.0％，得Ti基合金混合粉料；

B、雾化制粉：将上述混合粉料置于熔融炉内，在1300～1400℃温度及惰性气体保护下将其熔至熔融态后送入雾化机制粉机内制成粒度为-60～-160目的粉料；

C、粉碎：将由B所得粉料送入球磨机内湿磨48～72小时至粒度为-300～-600目后，再将湿磨混合料送入干燥装置内干燥至含水率0.5～1.0％，得Ti基合金粉；

D、湿磨配料：将钛基合金废料送入球磨机内，根据粉料中的WC及Ti或Ti+Ni含量，并按最终制品中Ti或Ti+Ni含量为10～28wt％的要求加入经C制得的Ti基合金粉，湿磨混合24～72小时，得湿磨混合料；

E、压坯：将上述混合料干燥、掺胶混合均匀后，压制成制品坯件；

F、烧结：将压坯送入烧结炉内在真空或氢气保护及1360～1500℃温度下烧结6～12小时，随炉冷却即得目的产品。