CN111215631B - 一种钨钴硬质合金制品热连接方法 - Google Patents

一种钨钴硬质合金制品热连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钨钴硬质合金制品热连接方法，包括以下步骤：（1）按照不同物理性能要求，生产所需的硬质合金连接部件；（2）对生产的硬质合金部件进行物理性能检测和分类搭配；（3）对需要连接的硬质合金部件表面进行表面粗糙度处理；（4）根据搭配组合部件的物理性能，选择合适的连接温度进行热连接处理；（5）对小样块的连接效果进行验证。

Description

一种钨钴硬质合金制品热连接方法
技术领域
本发明涉及一种钨钴硬质合金制品热连接方法，属于粉末冶金领域。
背景技术
硬质合金是一种超硬材料，是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。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。
硬质合金是采用粉末冶金法工艺生产的一种超硬材料，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。
随着硬质合金应用领域的扩展，各类异形产品的应用需求越来越紧迫。但是因各类异形产品形状复杂，在制品加工及控制存在很大的难度，依照现有的生产工艺，存在产品加工合格率低、材料消耗大、效率低下、尺寸控制困难甚至无法加工等问题。为了实现各类异形产品的生产，减少加工难度和材料消耗，提高合格率和尺寸控制水平，需要对复杂形状的硬质合金异形件进行工艺改进。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种钨钴硬质合金制品热连接方法，通过将复杂部件分解成简单部件，并对简单部件的物理性能进行针对性控制，对须连接表面进行处理后，采用液相热处理工艺进行连接。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钨钴硬质合金制品热连接方法，包括以下步骤：
（1）按照不同物理性能要求，生产所需的硬质合金连接部件；需要连接和合金部件，其粘结剂含量（Co）、相对磁饱和（Relative Magnetic Saturation）和碳化钨平均晶粒度（Average Grain Size）须遵循表1原则；例如须连接合金部件A和合金部件B（下同）；
表1
合金部件 钴含量（%） 相对磁饱和（%） 碳化钨平均晶粒度（µm）
A 3~6 ≤90 ≤0.8
B ≥10 95~100 ≥1.6
（2）按照上表要求，对需要连接部件的粘结剂含量（Co）、相对磁饱和（RelativeMagnetic Saturation）和碳化钨平均晶粒度（Average Grain Size）进行物理性能检测，并对A、B合金部件进行搭配分类，同时满足A类和B类条件的合金部件才可搭配；
磁饱和计算方式如下：
①根据公式（1），用排水法对需要连接的部件进行密度（ρ，g/cm3）检测，
Figure 822811DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
式中：ρ1为液体在空气中的密度，g/cm3；
m1为试样在空气中称得的质量，g；
m2为试样排开的液体质量（有试样在空气中的质量减去在液体中的表观质量得出），g。
②根据钨钴合金的密度计算公式（2），计算出合金部件的钴含量，
Figure 739952DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
式中：Cowt为钨钴合金中的钴含量，%；
15.64为碳化钨的密度，g/cm3；
8.9为钴元素的密度，g/cm3；
ρ为钴合金的密度，g/cm3。
③测量合金部件的比饱和磁化强度（emu/g），并根据公式（3），计算合金部件的钴磁（%），
Figure 785268DEST_PATH_IMAGE003
（3）；
式中，σ合金为测得合金部件的比饱和磁化强度，emu/g；
4πσCo为纯钴的比饱和磁化强度，为160emu/g。
④由公式（2）和公式（3）计算的合金部件的钴含量（%）和钴磁（%），根据公式（4）计算合金的相对磁饱和，
Figure 180477DEST_PATH_IMAGE004
(4)；
通过以上的公式可以得出：
Figure 526008DEST_PATH_IMAGE005
（5）；
Figure 348471DEST_PATH_IMAGE006
（6）；
其中：
Figure 441935DEST_PATH_IMAGE007
为合金部件A的钴含量，%；
Figure 640835DEST_PATH_IMAGE008
为合金部件B的钴含量，%；
Figure 840872DEST_PATH_IMAGE009
为合金部件A的钴密度，g/cm3；
Figure 834236DEST_PATH_IMAGE010
为合金部件B的钴密度，g/cm3；
Figure 854145DEST_PATH_IMAGE011
测得合金A部件的比饱和磁化强度，emu/g；
Figure 591157DEST_PATH_IMAGE012
测得合金B部件的比饱和磁化强度，emu/g；
4πσCo为纯钴的比饱和磁化强度，为160emu/g；
D（B）为合金部件B的碳化钨平均晶粒度，µm；
D（A）为合金部件A的碳化钨平均晶粒度，µm；
同时：
Figure 114542DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 75545DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 317170DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 920190DEST_PATH_IMAGE016
；
碳化钨平均晶粒度通过截线法测得，
碳化钨平均晶粒度D（B）- D（A）≥0.8μm；（7）
其中D（B）≥1.6µm ；0µm≤D（A）≤0.8µm。
（3）对需要连接的硬质合金部件表面，采用数控磨床磨削（平面磨床、外圆磨床、无心磨床等）进行表面粗糙度磨削处理，并将表面的粗糙度控制在0.2微米以下；采用800目和2000目的金刚石粉对合金表面进行抛光处理，将粗糙度控制在0.1微米以下；
（4）根据部件B的合金组分，查询相图（如附图1），找到合金烧结时出现液相的最低温度，将此温度提高10~20℃作为热连接温度。真空状体下在热连接温度保温30-60分钟后，自然冷却。
（5）验证：热连接时，需要放置性能同连接部件一致的随炉样块。对随炉样块的连接面，做断口和金相分析，确认其无组织缺陷。
有益效果
通过本发明的方法，可将复杂部件的拆分成简单部件，然后进行连接，得到合金组织正常的复杂结构部件。本发明可以快速、便捷的指导工程生产，降低了硬质合金复杂部件的生产难度和废品率，并且可以扩大硬质合金的应用领域，在耐磨件、冲击件上可以改进现有钢结构件的缺点。
附图说明
图1为合金相图；
图2为A1和B1连接金相显微镜图；
图3为A3和B3连接金相显微镜图；
图4为A4和B4连接金相显微镜图；
图5为A5和B5连接金相显微镜图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
（1）按照不同物理性能要求，生产所需的硬质合金连接部件；
（2）对生产的硬质合金部件进行物理性能检测和分类搭配；
（3）对需要连接的硬质合金部件表面进行表面粗糙度处理；
（4）根据搭配组合合金部件的物理性能，选择合适的连接温度进行热连接处理；
（5）对小样块的连接效果进行验证。
实施例1
预连接A1和B1，根据公式（1）~（7）计算和金相显微镜测量，检测合金部件的基本物理性能，如表2。
表2
Figure 563661DEST_PATH_IMAGE018
对A1、B1需要连接的表面，使用平面磨床进行磨削，每次进刀量为0.02mm，磨削后表面粗糙度为0.167微米；分别采用800目和2000目的金刚石粉，对磨削表面进行抛光研磨后，A1表面粗糙度为0.074微米，B1表面粗糙度为0.088微米。
根据相图，组分A1和组分B1出现液相的热处理温度为1320℃，选择1330℃为热连接温度；将两个磨削表面贴合，放入真空炉中，加热至1330℃，保温60分钟后自然冷却；冷却至室温后出炉。检测连接部位，如图2，可以看到A1和B1实现了较好的连接，没有组织缺陷，A1和B1实现了较好的连接。
实施例 2
预连接A2和B2，根据公式（1）~（7）计算和金相显微镜测量，检测合金的基本物理性能，如表3。
表3
Figure 898827DEST_PATH_IMAGE020
对部件A2、B2需要连接的表面，使用平面磨床进行磨削，每次进刀量为0.02mm，磨削后表面粗糙度为0.134微米；分别采用800目和2000目的金刚石粉，对磨削表面进行抛光研磨后，A2表面粗糙度为0.068微米，B2表面粗糙度为0.061微米。
根据相图，组分A2和组分B2出现液相的热处理温度为1320℃，选择1340℃为热连接温度；将两个磨削表面贴合，放入真空炉中，加热至1340℃，保温60分钟后自然冷却；冷却至室温后出炉。
从以上实施例可以看出，采用本发明的热连接方法，得到连接紧密的硬质合金组织，没有组织缺陷。
对比例1
预连接A3和B3，检测合金的基本物理性能，如表4：
Figure 893328DEST_PATH_IMAGE022
如表4所示，A3和B3的钴含量差异小于4%，在接合面出现明显的钴迁移紊乱现象，通过金相显微镜观察，低倍（100倍）下即可看到很多未完全结合的孔隙类缺陷，连接效果不好，如附图3。
对比例2
预连接A4和B4，检测合金的基本物理性能，如表5：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
如表5所示，A4和B4的相对磁饱和差异小于5%，在接合面实现了连接，但通过金相显微镜观察，高倍（1500倍）下可观察到明显的连接缝隙，连接效果不好，如附图4。
对比例3
预连接A5和B5，检测合金的基本物理性能，如表6：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
如表6所示，A5和B5的碳化钨平均晶粒度差异小于1.0μm，在接合面实现了连接，但通过金相显微镜观察，高倍（1500倍）下可观察到明显的连接过渡带，在过渡带中存在微观孔隙，连接效果不好，如附图5。
对比例4
预连接A6和B6，检测合金的基本物理性能，如表7：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
如表7所示，取同实例1性能一致的A6和B6，通过相图查询，该成分的合金出现液相的温度为1320℃。将连接温度设定为1355℃，造成连接面表面粗糙，未实现有效连接。
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 (4)

1.一种钨钴硬质合金制品热连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照不同物理性能要求，生产所需的硬质合金连接部件，合金部件A和合金部件B；须连接合金部件A和合金部件B，实现有效连接需同时满足4个条件，
（1）
Figure 89977DEST_PATH_IMAGE001
；
（2）
Figure 538276DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）碳化钨平均晶粒度D（B）- D（A）≥0.8μm；
（4）热连接温度要控制在高于合金出现液相温度的10~20℃范围内；
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为合金部件A的钴含量，%；
Figure 114751DEST_PATH_IMAGE004
为合金部件B的钴含量，%；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为合金部件A的钴密度，g/cm3；
Figure 57431DEST_PATH_IMAGE006
为合金部件B的钴密度，g/cm3；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
测得合金A部件的比饱和磁化强度，emu/g；
Figure 402961DEST_PATH_IMAGE008
测得合金B部件的比饱和磁化强度，emu/g；
4πσCo为纯钴的比饱和磁化强度，为160emu/g；
D（B）为合金部件B的碳化钨平均晶粒度，µm；
D（A）为合金部件A的碳化钨平均晶粒度，µm；
同时：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
≥3%；
Figure 22161DEST_PATH_IMAGE010
≤15%；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
≤100%；
Figure 571086DEST_PATH_IMAGE012
≤90%；
D（B）≥1.6µm ；0µm≤D（A）≤0.8µm；
（2）对生产的硬质合金部件进行物理性能检测和分类搭配；
（3）对需要连接的硬质合金部件表面进行表面粗糙度处理；
（4）根据搭配组合合金部件的物理性能，选择合适的连接温度进行热连接处理；
（5）对小样块的连接效果进行验证。
2.根据权利要求1所述的热连接方法，其特征在于，所述的步骤（3）的具体过程为：对需要连接的硬质合金部件表面，采用数控磨床磨削进行表面粗糙度磨削处理，并将表面的粗糙度控制在0.2微米以下；采用800目和2000目的金刚石粉对合金表面进行抛光处理，将粗糙度控制在0.1微米以下。
3.根据权利要求1所述的热连接方法，其特征在于，所述的步骤（4）的具体过程为：根据部件B的合金组分，查询相图，找到合金烧结时出现液相的最低温度，将此温度提高10~20℃作为热连接温度；真空状态下在热连接温度保温30-60分钟后，自然冷却。
4.根据权利要求1所述的热连接方法，其特征在于，所述的验证步骤为：热连接时，需要放置性能同连接部件一致的随炉样块；对随炉样块的连接面，做断口和金相分析，确认其无组织缺陷。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61152308A (ja) * 1984-12-27 1986-07-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 硬質焼結体小径ドリル
US5541006A (en) * 1994-12-23 1996-07-30 Kennametal Inc. Method of making composite cermet articles and the articles
US5679445A (en) * 1994-12-23 1997-10-21 Kennametal Inc. Composite cermet articles and method of making
US6511265B1 (en) * 1999-12-14 2003-01-28 Ati Properties, Inc. Composite rotary tool and tool fabrication method
US8637127B2 (en) * 2005-06-27 2014-01-28 Kennametal Inc. Composite article with coolant channels and tool fabrication method
US7802495B2 (en) * 2005-11-10 2010-09-28 Baker Hughes Incorporated Methods of forming earth-boring rotary drill bits
US7469972B2 (en) * 2006-06-16 2008-12-30 Hall David R Wear resistant tool
EP2078101A2 (en) * 2006-10-25 2009-07-15 TDY Industries, Inc. Articles having improved resistance to thermal cracking
US8272816B2 (en) * 2009-05-12 2012-09-25 TDY Industries, LLC Composite cemented carbide rotary cutting tools and rotary cutting tool blanks
CN102747242B (zh) * 2012-07-26 2014-05-14 株洲金鼎硬质合金有限公司 一种大尺寸硬质合金的制备方法
CN105121073A (zh) * 2013-03-15 2015-12-02 山特维克知识产权股份有限公司 连接不同尺寸和形状的烧结零件的方法
MX2016011785A (es) * 2014-03-14 2016-12-02 Sandvik Intellectual Property Rollo compuesto.

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