CN111455250A - 一种铁矿石破碎用硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种铁矿石破碎用硬质合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：a、取WC粉、Co粉、Ni粉、Cr2C3粉和无水乙醇投入湿磨机进行研磨48h后取出，干燥；b、在干燥混合料中加入成型剂，搅拌均匀后压制成型；c、置于烧结炉中进行热处理，脱除成型剂，d、冷却至室温，然后放入加压烧结炉中进行烧结，得到铁矿石破碎用硬质合金材料；本发明的铁矿石破碎用硬质合金材料结构稳定，硬度和耐磨性得到了很大的提高，使用寿命是原有陶瓷材料的6倍。

Description

一种铁矿石破碎用硬质合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及硬质合金材料及制备方法，特别涉及一种铁矿石破碎用硬质合金材料及其制备方法。
背景技术
铁矿是我国的重要矿石，一般采集出来的矿石都是大块状，为了最大程度利用矿石或提取有效成分，往往需要将矿石进行破碎。
铁矿石的破碎加工问题一直是行业重点关注问题，基于矿石粉碎的需求，矿石粉碎装置是矿石加工过程中必备的设备之一，可广泛运用于矿山、冶炼等，其用途是将较大的矿石破碎成较小的符合要求的碎块。随着生产趋向大型化，大型铁矿石破碎工艺及设备是当前重点研究和关注对象。随着我国矿山破碎技术飞速发展，许多的企业对铁矿石破碎方面进行了扩产改造，经过不断的创新和技术改进，铁矿石破碎等各方面能力都得到了很大的提高，但是铁矿石在破碎过程中需要很高的强度及一定的硬度，且矿石还有对设备材料还具有一定的的腐蚀性，现有设备使用的陶瓷材料虽然具有一定的耐腐蚀性，但耐磨性差，在使用过程中磨损非常快，使用寿命短，设备易老化，问题频繁出现，维修量大，不能满足于破碎生产工艺的需求。因此，目前亟需寻求一种硬度高、耐磨性好，使用寿命长的材料，并开发简单实用的制备方法，以尽较可能的满足铁矿的生产需求，
发明内容
本发明提供了一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，其目的是为了使用一种生产成本低，易规模化生产的制备方法，制备用于破碎铁矿石的硬质合金材料。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
a、取WC粉、Co粉、Ni粉、Cr2C3粉和无水乙醇投入湿磨机中球磨48h后取出，干燥，得到干燥混合料，其中所述WC粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为79％～80％，所述Co粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为9.5％～10.5％，所述Ni粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为9.5％～10.5％，所述Cr2C3粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为0.3％～0.7％，所述无水乙醇的配比为0.3～0.4L/kg混合料；
b、在步骤a得到的干燥混合料中加入成型剂，搅拌均匀后压制成型，得到坯体；
c、将坯体置于烧结炉中进行热处理，脱除成型剂，所述热处理工艺如下：第一热处理的升温速率为1.5～2℃/min，从室温升温至350℃并保温60min，第二热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从350℃升温至450℃并保温150～250min，第三热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从450℃升温至550℃并保温130～230min，第四热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从550℃升温至650℃并保温60min，第五热处理的升温升温速率为3.0℃/min，从650℃升温至800℃并保温60min；
d、将脱除成型剂的坯体冷却至室温，然后放入加压烧结炉中进行烧结，得到铁矿石破碎用硬质合金材料，所述烧结工艺如下：第一步、以5.0℃/min的速率将温度从室温升至800℃，并保温20min，第二步、以4.0℃/min的速率将温度从800℃升至1150℃，并保温50min，第三步、以3.0℃/min的速率将温度从1150℃升至1340℃，并保温50min，第四步、以2.0℃/min的速率将温度从1340℃升至1450℃，并保温60min，第五步、以2.5℃/min的速率将温度从1450℃降至1400℃，并保温20min，其中，在第五步温度降至1400℃时充入氩气，使加压烧结炉中的压力为5MPa。
优选地，所述步骤b中的干燥温度为120～180℃，干燥时间为6～8h。
优选地，所述步骤b中，成型剂为VBP、橡胶溶液或石蜡。
优选地，所述步骤b中，成型剂与所述干燥混合料的质量占比为1.8～2.3％。
本发明的实施例还提供了一种铁矿石破碎用硬质合金材料，所述铁矿石破碎用硬质合金材料由上述制备方法制得。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
Co、Ni为粘结相，WC为硬质相，钴粉和镍粉作为粘结剂，在不同温度阶段生成不同晶相，相互协同作用，作为材料的连接相，为合金材料提供韧性、弯矩、剪切强度等。然而，在400℃时，Co、Ni为粘结相和WC硬质相开始发生氧化，导致传统的硬质合金的抗弯强度和硬度等性能显著降低，高温使用寿命也显著降低，因此，Co、Ni的含量对合金材料的性能非常重要。
采用Cr2C3，Cr2C3的主要作用是抑制晶粒长粗，由于在硬质合金的烧结过程中，通常温度达到1340℃以上时，WC的晶粒会随着温度的上升和时间的延长而长大，WC的晶粒一旦长大，就会减小硬度，所以本发明采用Cr2C3是恰恰能够防止晶粒长大以避免该超耐磨高硬度硬质合金钻具材料的最终硬度减小。
本发明的铁矿石破碎用硬质合金材料结构稳定，硬度和耐磨性得到了很大的提高，抗弯强度≥3500N/mm2，硬度≥84.5HRA，使用寿命长达6个月，是原有陶瓷材料的6倍。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例1
一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
a、取WC粉、Co粉、Ni粉、Cr2C3粉和无水乙醇投入湿磨机进行研磨48h后取出，在150℃的温度下，干燥7h，得到干燥料。其中，WC粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为79.5％，Co粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为10％，所述Ni粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为10％，所述Cr2C3粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为0.5％，无水乙醇的配比为0.3L/kg混合料；
b、在步骤a得到的干燥混合料中加入石蜡成型剂，其中，石蜡成型剂与干燥混合料的质量占比为2.0％，搅拌均匀后压制成型，得到坯体；
c、将坯体置于烧结炉中进行热处理，脱除成型剂，所述热处理工艺如下：第一热处理的升温速率为2℃/min，从室温升温至350℃并保温60min，第二热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从350℃升温至450℃并保温220min，第三热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从450℃升温至550℃并保温220min，第四热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从550℃升温至650℃并保温60min，第五热处理的升温升温速率为3.0℃/min，从650℃升温至800℃并保温60min；
d、将脱除成型剂的坯体冷却至室温，然后放入加压烧结炉中进行烧结，得到铁矿石破碎用硬质合金材料，烧结工艺如下：第一步、以5.0℃/min的速率将温度从室温升至800℃，并保温20min，第二步、以4.0℃/min的速率将温度从800℃升至1150℃，并保温50min，第三步、以3.0℃/min的速率将温度从1150℃升至1340℃，并保温50min，第四步、以2.0℃/min的速率将温度从1340℃升至1450℃，并保温60min，第五步、以2.5℃/min的速率将温度从1450℃降至1400℃，并保温20min，其中，在第五步温度降至1400℃时充入氩气，使加压烧结炉中的压力为5MPa。
实施例2
一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
a、取WC粉、Co粉、Ni粉、Cr2C3粉和无水乙醇投入湿磨机进行研磨48h后取出，在180℃的温度下，干燥6h，得到干燥料。其中，WC粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为79％，Co粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为9.8％，所述Ni粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为10.5％，所述Cr2C3粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为0.7％，无水乙醇的配比为0.4L/kg混合料；
b、在步骤a得到的干燥混合料中加入橡胶溶液成型剂，其中，橡胶溶液成型剂与干燥混合料的质量占比为1.8％，搅拌均匀后压制成型，得到坯体；
c、将坯体置于烧结炉中进行热处理，脱除成型剂，所述热处理工艺如下：第一热处理的升温速率为1.5℃/min，从室温升温至350℃并保温60min，第二热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从350℃升温至450℃并保温250min，第三热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从450℃升温至550℃并保温130min，第四热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从550℃升温至650℃并保温60min，第五热处理的升温升温速率为3.0℃/min，从650℃升温至800℃并保温60min；
d、将脱除成型剂的坯体冷却至室温，然后放入加压烧结炉中进行烧结，得到铁矿石破碎用硬质合金材料，烧结工艺如下：第一步、以5.0℃/min的速率将温度从室温升至800℃，并保温20min，第二步、以4.0℃/min的速率将温度从800℃升至1150℃，并保温50min，第三步、以3.0℃/min的速率将温度从1150℃升至1340℃，并保温50min，第四步、以2.0℃/min的速率将温度从1340℃升至1450℃，并保温60min，第五步、以2.5℃/min的速率将温度从1450℃降至1400℃，并保温20min，其中，在第五步温度降至1400℃时充入氩气，使加压烧结炉中的压力为5MPa。
实施例3
一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
a、取WC粉、Co粉、Ni粉、Cr2C3粉和无水乙醇投入湿磨机进行研磨48h后取出，在120℃的温度下，干燥8h，得到干燥料。其中，WC粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为80％，Co粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为10.2％，所述Ni粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为9.5％，所述Cr2C3粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为0.3％，无水乙醇的配比为0.3L/kg混合料；
b、在步骤a得到的干燥混合料中加入VBP成型剂，其中，VBP成型剂与干燥混合料的质量占比为2.3％，搅拌均匀后压制成型，得到坯体；
c、将坯体置于烧结炉中进行热处理，脱除成型剂，所述热处理工艺如下：第一热处理的升温速率为2℃/min，从室温升温至350℃并保温60min，第二热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从350℃升温至450℃并保温150min，第三热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从450℃升温至550℃并保温230min，第四热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从550℃升温至650℃并保温60min，第五热处理的升温升温速率为3.0℃/min，从650℃升温至800℃并保温60min；
d、将脱除成型剂的坯体冷却至室温，然后放入加压烧结炉中进行烧结，得到铁矿石破碎用硬质合金材料，烧结工艺如下：第一步、以5.0℃/min的速率将温度从室温升至800℃，并保温20min，第二步、以4.0℃/min的速率将温度从800℃升至1150℃，并保温50min，第三步、以3.0℃/min的速率将温度从1150℃升至1340℃，并保温50min，第四步、以2.0℃/min的速率将温度从1340℃升至1450℃，并保温60min，第五步、以2.5℃/min的速率将温度从1450℃降至1400℃，并保温20min，其中，在第五步温度降至1400℃时充入氩气，使加压烧结炉中的压力为5MPa。
按照本发明提供的一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法制备出的铁矿石破碎用硬质合金材料结构稳定，硬度和耐磨性得到了很大的提高，抗弯强度≥3500N/mm2，硬度≥84.5HRA，使用寿命长达6个月，是原有陶瓷材料的6倍。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取WC粉、Co粉、Ni粉、Cr2C3粉和无水乙醇投入湿磨机中球磨48h后取出，干燥，得到干燥混合料，其中所述WC粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为79％～80％，所述Co粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为9.5％～10.5％，所述Ni粉的平均费氏粒度2.0～3.0μm、质量占比为9.5％～10.5％，所述Cr2C3粉的平均费氏粒度1.0～2.0μm、质量占比为0.3％～0.7％，所述无水乙醇的配比为0.3～0.4L/kg混合料；
b、在步骤a得到的干燥混合料中加入成型剂，搅拌均匀后压制成型，得到坯体；
c、将坯体置于烧结炉中进行热处理，脱除成型剂，所述热处理工艺如下：第一热处理的升温速率为1.5～2℃/min，从室温升温至350℃并保温60min，第二热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从350℃升温至450℃并保温150～250min，第三热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从450℃升温至550℃并保温130～230min，第四热处理的升温升温速率为2.0℃/min，从550℃升温至650℃并保温60min，第五热处理的升温升温速率为3.0℃/min，从650℃升温至800℃并保温60min；
d、将脱除成型剂的坯体冷却至室温，然后放入加压烧结炉中进行烧结，得到铁矿石破碎用硬质合金材料，所述烧结工艺如下：第一步、以5.0℃/min的速率将温度从室温升至800℃，并保温20min，第二步、以4.0℃/min的速率将温度从800℃升至1150℃，并保温50min，第三步、以3.0℃/min的速率将温度从1150℃升至1340℃，并保温50min，第四步、以2.0℃/min的速率将温度从1340℃升至1450℃，并保温60min，第五步、以2.5℃/min的速率将温度从1450℃降至1400℃，并保温20min，其中，在第五步温度降至1400℃时充入氩气，使加压烧结炉中的压力为5MPa。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b中的干燥温度为120～180℃，干燥时间为6～8h。
3.根据权利要求2所述的一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，成型剂为VBP、橡胶溶液或石蜡。
4.根据权利要求3所述的一种铁矿石破碎用硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，成型剂与所述干燥混合料的质量占比为1.8～2.3％。
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