CN110394453A - 一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硬质合金生产技术领域，尤其涉及一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺。一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，包括以下工艺步骤：A、配料：按质量百分比将65～75wt％的WC粉末、6.5～8.5wt％的Ni粉以及16.5～28.5wt％的NbC粉末混合；B、湿磨：将步骤A中的混合粉料加入可倾式球磨机，按合金球比例5：1，加入酒精，转速32r/min，球磨时间不少于30～36h；C、干燥：将步骤B中球磨产生的料浆依次进行过筛、入蜡，再将其转移至喷雾塔以制成粉末颗粒；D、压制成型：将步骤C中制成的粉末颗粒放入模具型腔内，模具型腔根据所需生产的辊环形状匹配设置，以将粉末颗粒压制成毛胚；E、烧结：将毛胚放入烧结炉内烧结成型。通过上述工艺以制得辊环，使其金相组织更加均匀，以提高其耐磨性。

Description

一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺
技术领域
本发明涉及硬质合金生产技术领域，尤其涉及一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺。
背景技术
硬质合金辊环是机械加工中常用的材料，多用于轧制线材板材等材料，现阶段硬质合金辊环大多都是以WC为基体，过渡金属(铁，钴，镍)为粘结相，再加入少量其他组分，采用粉末冶金的工艺，让混合料经过湿磨，干燥，烧结而成。
由于WC-Co类硬质合金的粘结相Co属于稀有战略资源，钨属于不可再生资源，因此合金成本相对较高；此外，硬质合金辊环在使用过程中，辊环的轧槽表面受到高速冲击，钢胚易被挤压变形，脱离轧槽，使轧槽在瞬间受到冲击挤压发生弹性变形和弹性回复，且由于Co在高温下极易氧化，致使辊环表面脱落，导致辊环耐磨性能较差。
发明内容
为了解决相关技术中硬质合金辊环抗冲击性、耐高温性能、耐磨性较差且制造成本较高的技术问题，本发明实施例提供了一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其目的在于采用NbC取代部分WC,用Ni替代粘结相Co,使得辊环的硬度提升，并且大大提高了硬质合金辊环的耐高温性能。
本发明提供了一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，包括以下工艺步骤：
A、配料：按质量百分比将65～75wt％的WC粉末、6.5～8.5wt％的Ni粉以及16.5～28.5wt％的NbC粉末混合；
B、湿磨：将步骤A中的混合粉料加入可倾式球磨机，按合金球比例5：1，加入酒精，转速32r/min，球磨时间不少于30～36h；
C、干燥：将步骤B中球磨产生的料浆依次进行过筛、入蜡，再将其转移至喷雾塔以制成粉末颗粒；
D、压制成型：将步骤C中制成的粉末颗粒放入模具型腔内，模具型腔根据所需生产的辊环形状匹配设置，以将粉末颗粒压制成毛胚；
E、烧结：将步骤D中生成的毛胚放入烧结炉内烧结成型。
由于NbC的密度与Ni粉的密度接近，因此在球磨时会混合均匀，以使其在后续烧结过程中，不易形成粘结相聚集，即不易形成Ni集中；NbC的导热性能较好，使得烧结后的产品的耐高温性能较好；NbC粉末与WC粉末和Ni粉之间的电负性接近，使得其抵抗晶界腐蚀的能力更强；此外，NbC的化学稳定性好，在1100℃才开始氧化且其氧化物对人体无害；NbC与Ni的湿润性较好，以Ni 作为粘结相可以提高成型后产品的硬度且降低材料成本；通过上述工艺生产的产品的金相组织更加均匀，其密度较低，质量较轻，耐磨性较好，使用寿命较长。
可选的，按质量百分比WC粉末选取71.5wt％，Ni选取7.5wt％，NbC选取21wt％。
通过对WC、Ni和NbC三种粉末质量百分比的选择，使其接近于YG6X的配比，处于粘结相比例极限，若减少Ni粉则会导致部分硬质相周围没有粘结相，会极大增加产品的脆性。
可选的，WC粉末粒度为9～14μm,Ni粉粒度为1.0～2.0μm，NbC粉末粒度为1.0～2.0μm。
通过对WC和NbC粒度范围的选择，便于部分NbC固溶于WC内，形成固溶强化，以进一步提高产品的硬度，再选用1.0～1.2μm的Ni粉，较细的Ni 粉可以保证WC粉末、NbC粉末和Ni粉末三者混合均匀，此外，WC-NB-C容易形成三元固溶体，可以产生第二相强化做用，又可以阻止游离碳的析出，提高产品的耐磨性，由于避免了石墨相的析出，使得产品的韧性较好，产品的冲击性能较高，不易开裂。
可选的，酒精浓度不低于99.9％，酒精加量为550ml/kg。
通过对酒精浓度的选用，便于使得WC粉末、Ni粉以及NbC粉末混合均匀。
可选的，在步骤D中压制成型的毛胚先通过车床对其尺寸进行车工，再放入烧结炉内烧结。
通过将压制成型后的毛胚进行车工，以使得其尺寸精度更高，便于提高成品的尺寸精度。
可选的，步骤E中烧结炉的烧结温度为1360℃～1420℃。
通过对烧结温度的选用，使得在该烧结温度范围下，晶粒不会异常长大。
可选的，烧结采用真空烧结或压力烧结，烧结时接触材料为氧化铝和微粉的混合填料。
通过对烧结方式和烧结时接触材料的选用，能极好的控制产品的成分。由于在1.3～133pa压强下，碳和氧气在气氛与合金之间的交换率非常低，因此，影响成分变化的主要因素是碳化物颗粒中的氧含量，而不是碳与真空中的稀薄气体的反应速率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
由于WC-Co类硬质合金的粘结相Co属于稀有战略资源，钨属于不可再生资源，因此合金成本相对较高；此外，硬质合金辊环在使用过程中，辊环的轧槽表面受到高速冲击，钢胚易被挤压变形，脱离轧槽，使轧槽在瞬间受到冲击挤压发生弹性变形和弹性回复，且由于Co在高温下极易氧化，致使辊环表面脱落，导致辊环耐磨性能较差。
为了解决相关技术中硬质合金辊环抗冲击性、耐高温性能、耐磨性较差且制造成本较高的技术问题，本发明实施例提供了一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其目的在于采用NbC取代部分WC,用Ni替代粘结相Co,使得辊环的硬度提升，并且大大提高了硬质合金辊环的耐高温性能。下面对该碳化铌硬质合金辊环生产工艺进行举例说明。
一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，包括以下工艺步骤：
A、配料：按质量百分比将65～75wt％的WC粉末、6.5～8.5wt％的Ni粉以及 16.5～28.5wt％的NbC粉末混合。
一般的，NbC的密度与Ni粉的密度接近，便于在球磨时混合均匀，且在后续烧结过程中，不易形成粘结相聚集，即不易形成Ni集中，NbC的导热性能以及化学稳定性较好，便于提高产品的耐高温性能且不易氧化，即使发生了氧化，其氧化物亦对人体无害，而NbC与Ni的湿润性较好，以WC、NbC作为硬质相、 Ni作为粘结相可以提高成型后产品的硬度且降低材料成本；此外，NbC粉末与 WC粉末和Ni粉之间的电负性接近，使得其抵抗晶界腐蚀的能力更强
在本实施例中，WC选取71.5wt％，NbC选取21wt％，Ni选取7.5wt％。在实际操作过程中，通过对WC、Ni和NbC三种粉末的质量百分比的选用，使其接近于YG6X的配比，处于粘结相比例极限，若减少Ni粉则会导致部分硬质相周围没有粘结相，从而增加产品的脆性。
在一种可能的实现方式中，WC粉末粒度为9～14μm，Ni粉粒度为1.0～2.0 μm，NbC粉末粒度为1.0～2.0μm。在具体实现方式中，通过对WC和NbC粒度范围的选择，便于部分NbC固溶于WC内，形成固溶强化，以进一步提高产品的硬度，再选用1.0～1.2μm的Ni粉，较细的Ni粉可以保证WC粉末、NbC 粉末和Ni粉末三者混合均匀，此外，WC-NB-C容易形成三元固溶体，可以产生第二相强化做用，又可以阻止游离碳的析出，提高产品的耐磨性，并避免石墨相的析出，使得产品的韧性较好，产品的冲击性能较高，不易开裂。
B、湿磨：将步骤A中的混合粉料加入可倾式球磨机，按合金球比例5：1，加入酒精，转速32r/min，球磨时间不低于30h。
可选的，合金球选择柱状合金球。
为了使得WC粉末、Ni粉和NbC粉末溶于酒精且均匀混合，酒精浓度不低于99.9％，酒精加量为550ml/kg。
C、干燥：将步骤B中球磨产生的料浆依次进行过筛、入蜡，再将其转移至喷雾塔以制成粉末颗粒。
在本实施例中，先将料浆过筛，以防止料浆凝结成块，防止成分不均匀，再将料浆进行入蜡处理，能保证料浆均匀，以有效防止偏析，减少硬质合金内部孔洞的产生。
可选的，石蜡选用52号石蜡。由于52号石蜡组分纯净，作为成型径引入料浆内不会伴随杂质，且其熔点低，易于从产品内部排除，不易残留。
D、压制成型：将步骤C中制成的粉末颗粒放入模具型腔内，模具型腔根据所需生产的辊环形状匹配设置，以将粉末颗粒压制成毛胚。
在具体实现方式中，根据所需产品的实际规格，按照收缩系数计算好毛胚规格，选用对应的模具，调整好压力，将粉末颗粒放置于模具内以压制成型。
由于压制成型产生的毛胚尺寸精度较低，因此再通过车床对其进行尺寸加工至设计所需的尺寸，以提高尺寸精度。
E、烧结：将步骤D中生成的毛胚放入烧结炉内烧结成型。
为了防止晶粒异常长大，烧结炉的烧结温度为1360℃～1420℃。
可选的，烧结采用真空烧结或压力烧结，烧结时接触材料为氧化铝和微粉的混合填料。在本实施例中，当压强为1.3～133pa时，碳和氧气在气氛与合金之间的交换率非常低，因此，影响成分变化的主要因素是WC颗粒中的氧含量，而不是碳与真空中的稀薄气体的反应速率，从而便于通过控制WC颗粒中的氧含量来控制产品的成分变化。
综上所述，本发明通过WC、NbC作为硬质相，Ni作为粘结相，以提高辊环产品的导热系数，是的辊环在高温下的性能比较稳定；通过将WC固溶于NbC 中，以进一步提高产品的硬度，此外，WC-NB-C易形成三元固溶体，可以产生第二相强化作用，又可以组织游离碳的析出，提高产品的耐磨性，避免石墨相的析出，使得产品的韧性较好，产品的冲击性能较高；通过配料、湿磨、干燥、压制成型及烧结以制得碳化铌硬质合金辊环，该产品的金相组织更加均匀，密度较低，质量较轻，耐磨性较好，使用寿命较长。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
A、配料：按质量百分比将65～75wt％的WC粉末、6.5～8.5wt％的Ni粉以及16.5～28.5wt％的NbC粉末混合；
B、湿磨：将步骤A中的混合粉料加入可倾式球磨机，按合金球比例5：1，加入酒精，转速32r/min，球磨时间为30～36h；
C、干燥：将步骤B中球磨产生的料浆依次进行过筛、入蜡，再将其转移至喷雾塔以制成粉末颗粒；
D、压制成型：将步骤C中制成的粉末颗粒放入模具型腔内，模具型腔根据所需生产的辊环形状匹配设置，以将粉末颗粒压制成毛胚；
E、烧结：将步骤D中生成的毛胚放入烧结炉内烧结成型。
2.根据权利要求1所述的一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其特征在于，按质量百分比WC粉末选取71.5wt％，Ni选取7.5wt％，NbC选取21wt％。
3.根据权利要求1所述的一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其特征在于，WC粉末粒度为9～14μm,Ni粉粒度为1.0～2.0μm，NbC粉末粒度为1.0～2.0μm。
4.根据权利要求1所述的一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其特征在于，酒精浓度不低于99.9％，酒精加量为550ml/kg。
5.根据权利要求1所述的一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其特征在于，在步骤D中压制成型的毛胚先通过车床对其尺寸进行车工，再放入烧结炉内烧结。
6.根据权利要求1所述的一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其特征在于，步骤E中烧结炉的烧结温度为1360℃～1420℃。
7.根据权利要求1所述的一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺，其特征在于，烧结采用真空烧结或压力烧结，烧结时接触材料为氧化铝和微粉的混合填料。
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