CN110052599A

CN110052599A - 一种直径108以上低密度硬质合金球及其制备方法

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Publication number: CN110052599A
Application number: CN201910345090.0A
Authority: CN
Inventors: 贲昌元; 喻林; 蒋西文
Original assignee: SICHUAN YR NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co
Current assignee: SICHUAN YR NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: CN110052599B

Abstract

本发明公开了一种低密度硬质合金球，合金粉料包括碳化钨、碳化钛、镍、碳化铬以及钼，各合金分料的质量百分数为：碳化钨，26%‑28%；碳化钛，43‑45%；镍，18‑20%；碳化铬，1.5‑2%；钼，7‑9%。密度小，解决了以往大密度硬质合金球，由于单重较大，使用冲击力大，造成阀座断裂和降低使用寿命的问题，采用冷等静压和毛坯加工成型方式，密度均匀，有效解决了压制缺陷，产品椭圆度0.2mm以内,表面光洁度≤3.2，特制的石蜡、橡胶成形剂，按照一定比例配制，加入量为2‑2.5%，可以保证硬质合金球具有优良的加工性能，同时较低的成形剂使用量在烧结过程中容易脱除，有效避免了烧结裂纹，碳含量波动。

Description

一种直径108以上低密度硬质合金球及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金球材料及其制备方法相关技术领域，尤其涉及一种直径108以上低密度硬质合金球及其制备方法。

背景技术

硬质合金是指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。硬质合金阀球可与阀座一起使用，需要满足耐磨耐腐蚀等功能要求。目前，国内外普遍采取粉末冶金工艺来生产硬质合金球。采用这种粉末冶金工艺生产的硬质合金球，普遍存在如下问题：（1）普通硬质合金阀球牌号密度在9g/cm³以上；（2）由于以往成形剂效果不好，不利于压坯加工过和烧结时彻底脱除成形剂，导致直径108以上的合金球烧结裂纹、产品有石墨相、孔隙度达不到A02、B02,出现大于或等于25微米的孔洞；（3）压坯密度不均匀，烧结时各方向线收缩系数一致，尺寸精度低，椭圆度在1mm以上，后续精磨加工非常困难。此外当球的直径超过108mm后，废品率大大增加。目前国内外还未出现密度低于7.1-7.3g/cm³，直径在108以上的硬质合金球批量生产的工艺。

发明内容

本发明提供一种直径108以上低密度硬质合金球及其制备方法，以解决上述现有技术的不足，密度小，解决了以往大密度硬质合金球。由于单重较大，使用冲击力大，造成阀座断裂和降低使用寿命的问题，本发明制备的合金球的密度为7.1-7.3 g/cm³的硬质合金，可用于直径108以上的硬质合金球，拓宽了硬质合金球使用范围；结合低密度硬质合金牌号的配方成分，特制的石蜡、橡胶成形剂，按照一定比例配制，加入量为2-2.5%，可以保证硬质合金球具有优良的加工性能，同时较低的成形剂使用量在烧结过程中容易脱除，有效避免了烧结裂纹，碳含量波动；采用冷等静压和毛坯加工成型方式，密度均匀，有效解决了压制缺陷，制备所得的合金球椭圆度0.2mm以内，表面光洁度≤3.2；采用特殊材料和几何形状的刀具对柱状压坯进行智能加工的球压坯，尺寸进度可控制在±0.2mm，椭圆度达到0.1；采用特殊的烧结工艺，彻底脱除成型剂，烧结出合金球无裂纹，产品致密均匀，孔隙度达到A02、B02，大于或等于25微米的孔洞，非化合碳为C00。

为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：

一种直径108以上低密度硬质合金球，合金粉料包括碳化钨粉、碳化钛粉、镍粉、碳化铬粉以及钼粉，各合金粉料的质量百分数为：碳化钨，26%-28%；碳化钛，43-45%；镍，18-20%；碳化铬，1.5-2%；钼，7-9%。

具体地，直径108以上低密度硬质合金球的制备方法如下:

（1）配置合金球所用的合金粉料，合金粉料包括碳化钨粉、碳化钛粉、镍粉、碳化铬粉以及钼粉，各合金粉料的质量百分数为：碳化钨，26%-28%；碳化钛，43-45%；镍，18-20%；碳化铬，1.5-2%；钼，7-9%。

（2）根据如步骤（1）所述的质量百分比配料后进行湿磨68-74h，湿磨期间加入质量分数为2.0-2.5%的石蜡橡胶溶液成形剂，经烘干和均匀化，达到各原料和成形剂分布均匀的混合料；

（3）将混合料倒入钢模中，放置于液压机上，加压压力为100MPa，压制保压3-5min后脱模；

（4）对步骤（3）所得的压坯放入软模，进行压制处理，压制为圆柱状压坯；

步骤（4）压制时压力为200-220MPa，压制时间为3-5min；

（5）对步骤（4）所得的圆柱状压坯进行智能加工，加工成球形压坯；

（6）对步骤（5）所述的球形压坯进行压力烧结；

步骤（6）中烧结温度为1460-1470℃，保温时间90min，加压压力为5-6MPa。

具体地，步骤（2）采用的成形剂为石蜡和橡胶的混合物。

具体地，成形剂石蜡和橡胶的质量分数为：石蜡，70%；橡胶，30%。

具体地，步骤（4），采用冷等静压机压制处理。

具体地，步骤（6）采用低压和脱模一体化烧结工艺进行压力烧结。

上述技术方案的优点在于：

1、密度小，解决了以往大密度硬质合金球，由于单重较大，使用冲击力大，造成阀座断裂和降低使用寿命的问题，本发明制备了一种密度为7.1-7.3g/cm³的硬质合金球，可用于直径108以上的硬质合金球，拓宽了硬质合金球使用范围；

2、结合低密度硬质合金牌号的配方成分，特制的石蜡、橡胶成形剂，按照一定比例配制，加入量为2-2.5%，可以保证硬质合金球具有优良的加工性能，同时较低的成形剂使用量在烧结过程中容易脱除，有效避免了烧结裂纹，碳含量波动；

3、采用冷等静压和毛坯加工成型方式，密度均匀，有效解决了压制缺陷，产品椭圆度0.2mm以内,表面光洁度≤3.2；

4、采用特殊材料和几何形状的刀具对柱状压坯进行智能加工的球压坯，尺寸进度可控制在±0.2mm，椭圆度达到0.1；采用特殊的烧结工艺，彻底脱除成型剂，烧结出合金球无裂纹，产品致密均匀，孔隙度达到A02、B02，无大于和等于25微米的孔洞，非化合碳为C00。

附图说明

图1示出了低密度硬质合金球的制备流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步的详细描述。

按照如图1所示的制备流程制备低密度硬质合金球。

实施例1

（1）配置合金球所用的合金粉料，各合金粉料的质量百分比为：碳化钨，28%；碳化钛，43%；镍，20%；碳化铬，1.5%；钼，7.5%；

（2）根据步骤（1）中所述的成分比配料后进行湿磨68～74h，其间加入2.0～2.5％特制的成形剂（石蜡：橡胶=7：3），经烘干和均匀化，达到各原料和成型剂分布均匀的混合料;

（3）钢模倒入混合料后，放置于液压机上，加压压力为100MPa,压制保压3-5min后脱模；

（4）将脱模的压坯放入软模，进行冷等静压机压制处理，处理主要参数：压力为200-220MPa、压制时间为3-5分钟。冷等静压机压制处理后，压坯密度高度均匀，确保烧结时球压坯各方向线收缩系数一致；

（5）将冷等静压处理完成的圆柱状压坯进行智能加工，按照图纸尺寸加工成球形压坯，确保球形压坯的尺寸精度和椭圆度；

（6）检验合格球压坯的采用低压—脱蜡一体化烧结工艺进行压力烧结，烧结主要参数：烧结温度为1460-1470℃，保温时间90min，加压压力为5-6MPa。

实施例2

（1）配置合金球所用的合金粉料，各合金粉料的质量百分比为：碳化钨，27%；碳化钛，44%；镍，19%；碳化铬，1.8%；钼，8.2%；

实施例3

（1）配置合金球所用的合金粉料，各合金粉料的质量百分比为：碳化钨，26%；碳化钛，45%；镍，18%；碳化铬，2%；钼，9%；

对实施例1至3在不同合金粉末配比下制备的合金球的密度值、硬度值、断口、金相晶粒度以及孔隙度进行检测，检测结果如下表所示：

	实施例1	实施例2	实施例3
				密度值g/cm³	7.28	7.21	7.14
硬度值HRA	90~91.3	90.5~91.5	90.7~91.7
				断口	断口正常	断口正常	断口正常
金相晶粒度μm	WC晶粒：0.8~1.2；Ni层＜1.0	WC晶粒：0.8~1.2；Ni层＜1.0	WC晶粒：0.8~1.2；Ni层＜1.0
				孔隙度	A02B02C00	A02B02C00	A02B02C00

通过以上检测数据显示，从实施例1至实施例3，通过改变合金球所用的合金粉料碳化钨、碳化钛、镍、碳化铬以及钼的配比，以检测随着碳化钨、碳化钛、镍、碳化铬以及钼含量的变化对合金球的密度值、硬度值、微观组织形貌、金相晶粒度以及孔隙度的影响，从表中可以得知，在不同的碳化钨、碳化钛、镍、碳化铬以及钼的配比下，合金球的密度值处于7.28-7.14 g/cm³之间，远远低于现有技术生产的合金球密度（9g/cm³以上），也就是说，通过以上的粉末配比均能制成低密度的合金球。

除了密度为合金球的重要特性外，合金球的硬度值也为合金球的重要特性，因为合金球要满足低密度的同时还需要硬度较高，而通过对实施例1到实施3的检测发现，实施例1中的硬度值为90-91.3HRA，实施2中的硬度值为90.5-91.3 HRA，实施例3中的硬度值为90.7-91.7 HRA，随着碳化钨含量的减少，而随着碳化钛、镍、碳化铬以及钼含量的增大，合金球的硬度处于增大的状态，实施例3时，合计金球的硬度值达到了最大值（90.7-91.7HRA）。

为了观察烧结后合金球内的断口形貌以及通过断口分析以检测断口处合金球是否正常，时候存在着缺陷和夹杂。通过对实施例1至实施例3的断口形貌分析，发现实施例1至3中其断口均正常，断口处均为未出现分层、裂纹、孔洞、脏化、渗碳以及脱碳等缺陷。

在合金球中增强相为合金球优异的机械性能起着重要作用，而对于该发明来说，合金的增强相为碳化钨相，碳化钨增强相的晶粒度大小能够反应合金球的硬度大小，对于该发明来说，镍为整个合金的增韧材料，镍相关相的晶粒度大小能够得出该合金球的韧性大小，从表中可以看出，在不同粉末配比下，增强相碳化钨和增韧相的晶粒度均大致相等。

孔隙度，用于检测合金球的中空隙的大小，本发明采用了GB/T 3489-2015 硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定办法对不同实施例下的合金球进行了空隙度检测，检测结果一致均为A02B02C00，其中A02表示在合金球中存在的小于或者等于10μm的孔隙在整个合金中体积占比分数为0.02%，也就是说，小于或者等于10μm的孔隙在整个合金较少；B02表示在合金中存在的10μm-25μm之间的孔隙在整个合金中的体积占比分数为0.02%，也就是说，10μm-25μm之间的孔隙在整个合金较少；C00表示在合金中并未检测出非化合碳，合金中的非化合碳也称游离碳或石墨夹杂，实际上是一种孔隙。而若合金中存在着非化合碳将影响合金的机械性能，同时，非化合碳为合金球制备工艺是否得当的一个检验值,若在检测中不存在非化合碳，则表示制备工艺可以制得所需特性的合金球。

综上所述，通过实施例1到实施例3的综合对比分析发现，在不同的合金粉末配比下，所得的合金球的密度值均小于9g/cm³，虽然不同配比的密度有所变化，但是变化波动较小，且均小于现有合金球的密度值；在不同的合金粉末配比下，所得的合金球的硬度值为90-91HRA，所得的合金满足常规硬质合金要求（86-93HRA）；对不同的合金粉末配比下，所得的合金的断口均正常；孔隙度均正常，且非化合碳在不同配比下，均未出现，所得的合金中增强相和增韧相均存在于合金球中，正好说明了不同配比下合金球的硬度值较高，且断口均呈现正常的原因。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种直径108以上低密度硬质合金球，其特征在于：合金粉料包括碳化钨粉、碳化钛粉、镍粉、碳化铬粉以及钼粉，各合金粉料的质量百分数为：碳化钨，26%-28%；碳化钛，43-45%；镍，18-20%；碳化铬，1.5-2%；钼，7-9%。

2.一种制备如权利要求1所述的直径108以上低密度硬质合金球的制备方法，其特征在于：制备方法如下:

配置合金球所用的合金粉料，各合金粉料的质量百分比为：碳化钨，26%-28%；碳化钛，43-45%；镍，18-20%；碳化铬，1.5-2%；钼，7-9%；

根据如步骤（1）所述的质量百分比配料后进行湿磨68-74h，湿磨期间加入质量分数为2.0-2.5%的成形剂，经烘干和均匀化，达到各原料和成形剂分布均匀的混合料；

将混合料倒入钢模中，放置于液压机上，加压压力为100MPa，压制保压3-5min后脱模；

对步骤（3）所得的压坯放入软模，进行压制处理，压制为圆柱状压坯；

所述步骤（4）压制时压力为200-220MPa，压制时间为3-5min；

对步骤（4）所得的圆柱状压坯进行加工，加工成球形压坯；

对步骤（5）所述的球形压坯进行压力烧结；

所述步骤（6）中烧结温度为1460-1470℃，保温时间90min，加压压力为5-6MPa。

3.根据权利要求2所述的直径108以上低密度硬质合金球的制备方法，其特征在于：步骤（2）采用的成形剂为石蜡和橡胶的混合物。

4.根据权利要求3所述的直径108以上低密度硬质合金球的制备方法，其特征在于：所述成形剂石蜡和橡胶的质量分数为：石蜡，70%；橡胶，30%。

5.根据权利要求2所述的直径108以上低密度硬质合金球的制备方法，其特征在于：所述步骤（4），采用冷等静压机压制处理。

6.根据权利要求2所述的直径108以上低密度硬质合金球的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）采用低压和脱模一体化烧结工艺进行压力烧结。