CN111705234A - 一种高硬度产品制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硬度产品制备工艺，用于解决现有利用硬质金属或硬质合金生产硬度较大的产品时，加工难度极其困难的技术问题。本发明包括将硬质金属棒或硬质合金棒与非晶合金颗粒置于预设型腔内进行混合；将上述的混合材料进行加热，并加热至所述非晶合金颗粒的过冷液相区的温度范围；通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；对上述混合材料进行冷却，得到复合材料；将所述复合材料放置于产品模具中；将液态的金属材料注入至所述模具，使得液态的金属材料与所述复合材料混合；对所述模具施加预设压力并保持压力预设时间，然后打开所述模具，将产品取出。

Description

一种高硬度产品制备工艺
技术领域
本发明涉及制作工艺技术领域，尤其涉及一种高硬度产品制备工艺。
背景技术
由于硬质金属及硬质合金具有较高的硬度，且熔点较高，目前成品一般以棒材和丝状的形式，如果需要将上述的硬质金属或硬质合金加工成具有一定形状特征结构的产品，一般采用粉末冶金方法生产，工序包括制粉、压制成型、烧结，上述制作方式复杂，且由于硬质金属或硬质合金的熔点较高，上述的方式难以将硬质金属或硬质合金加工成较为复杂结构的产品，而硬质金属或硬质合金又具有较高的脆性，CNC加工时容易造成崩边的情况，因此通过CNC等去材加工的方式对硬质金属或硬质合金加工成复杂形状的产品可行性也比较低。
因此，为解决上述的技术问题，寻找一种高硬度产品制备工艺成为本领域技术人员所研究的重要课题。
发明内容
本发明实施例公开了一种高硬度产品制备工艺，用于解决现有利用硬质金属或硬质合金生产硬度较大的产品时，加工难度极其困难的技术问题。
本发明实施例提供了一种高硬度产品制备工艺，包括：
S1、将硬质金属棒或硬质合金棒与非晶合金颗粒置于预设型腔内进行混合，形成混合材料；
S2、将上述的混合材料进行加热，并加热至所述非晶合金颗粒的过冷液相区的温度范围；
S3、通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；
S4、对上述混合材料进行冷却，得到复合材料；
S5、将所述复合材料放置于产品模具中；
S6、将液态的金属材料注入至所述模具，使得液态的金属材料与所述复合材料混合；
S7、对所述模具施加预设压力并保持压力预设时间，然后打开所述模具，将产品取出。
可选地，所述金属材料为铜、铜合金、钛、钛合金、非晶合金、铝、铝合金、锌、锌合金中的一种。
可选地，所述步骤S6中，金属材料注入时的温度低于复合材料中的非晶合金的玻璃化转变温度。
可选地，所述步骤S2中，将上述的混合材料的加热温度范围为200℃至600℃。
可选地，所述硬质金属棒的直径范围为0.1mm至10mm，所述硬质合金棒的直径范围为0.1mm至10mm，所述非晶合金颗粒的直径范围为1μm-10mm。
可选地，所述硬质金属棒或所述硬质合金棒与所述非晶合金颗粒的体积比例范围为1:1至10:1。
可选地，所述硬质金属棒和所述硬质合金棒的密度大于8g/cm3，硬度大于500HV。
可选地，所述硬质金属棒包括钨、钼、钽、镍、钴、铌中的一种；
所述硬质合金棒包括碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌中的一种；
所述非晶合金颗粒包括稀土基非晶合金、铜基非晶合金、锆基非晶合金、钛基非晶合金、镍基非晶合金、钴基非晶合金中的一种。
可选地，所述步骤S3中具体包括：
通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，并且带动与其混合在一起的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状，对型腔内混合材料的成型部分施加超声波震荡，超声波的频率范围为10kHHz至100kHz，当非晶合金颗粒、硬质金属棒或硬质合金棒的直径处于0.1mm至5mm时，使用频率范围为40kHz至100kHz的超声波，当非晶合金颗粒、硬质金属棒或硬质合金棒直径在5mm至10mm之间时，使用频率范围为10kHz至50kHz的超声波。
可选地，所述步骤S3具体包括：
通过分段施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合在一起的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；
第一段压力为使非晶合金颗粒能够在超塑性状态下流动的力F1，施加压力的时间为T1，第二段压力为非晶合金超塑性状态结束之后所施加的力F2，施加压力的时间为T2，其中，F2>1.2×F1，T2>0.3×T1。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供了一种高硬度产品制备工艺，包括S1、将硬质金属棒或硬质合金棒与非晶合金颗粒置于预设型腔内进行混合，形成混合材料；S2、将上述的混合材料进行加热，并加热至所述非晶合金颗粒的过冷液相区的温度范围；S3、通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；S4、对上述混合材料进行冷却，得到复合材料；S5、将所述复合材料放置于产品模具中；S6、将液态的金属材料注入至所述模具，使得液态的金属材料与所述复合材料混合；S7、对所述模具施加预设压力并保持压力预设时间，然后打开所述模具，将产品取出。本实施例中，通过非晶合金颗粒作为粘接剂，利用非晶合金颗粒所具有的超塑性变形的特点，低温低压成型，使硬质金属或硬质合金成型不需要加热至其熔点以上，只需通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状，随后对上述混合材料进行冷却，即可得到结构较为复杂且硬度较高的复合材料，然后将上述得到的复合材料放置于产品的模具内，并向模具注入液态金属材料，对模具施加预设压力并保压预设时间后，开模即可得到产品，由上述工艺得到的产品，因为有硬质金属或硬质合金的存在，其具备更强的硬度，并且上述的工艺较为简单，无需将硬质合金或硬质金属加热至其熔点，无需使用极其复杂粉末冶金方法进行生产，大大提升了高硬度、高强度产品的生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种高硬度产品制备工艺的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种高硬度产品制备工艺，用于解决现有利用硬质金属或硬质合金生产硬度较大的产品时，加工难度极其困难的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本实施例中提供的一种高硬度产品制备工艺，包括：
S1、将硬质金属棒或硬质合金棒与非晶合金颗粒置于预设型腔内进行混合，形成混合材料；
需要说明的是，本实施例中，使用颗粒状的非晶合金可使得非晶合金在后续步骤中受热更加快，使其能够尽快达到过冷液相区的温度范围；
S2、将上述的混合材料进行加热，并加热至所述非晶合金颗粒的过冷液相区的温度范围；
S3、通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；
S4、对上述混合材料进行冷却，得到复合材料；
S5、将所述复合材料放置于产品模具中；
S6、将液态的金属材料注入至所述模具，使得液态的金属材料与所述复合材料混合；
S7、对所述模具施加预设压力并保持压力预设时间，然后打开所述模具，将产品取出。
需要说明的，本实施例中的产品为高硬度、高强度的产品，例如子弹、弹头等等。另外，本实施例中的施加压力方式可采用外部压力设备(例如气缸配合压板的结构)来实现，本实施例并不对提供压力的方式作出限制。
本实施例中，通过非晶合金颗粒作为粘接剂，利用非晶合金颗粒所具有的超塑性变形的特点，低温低压成型，使硬质金属或硬质合金成型不需要加热至其熔点以上，只需通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状，随后对上述混合材料进行冷却，即可得到结构较为复杂且硬度较高的复合材料，然后将上述得到的复合材料放置于产品的模具内，并向模具注入液态金属材料，对模具施加预设压力并保压预设时间后，开模即可得到产品，由上述工艺得到的产品，因为有硬质金属或硬质合金的存在，其具备更强的硬度，并且上述的工艺较为简单，无需将硬质合金或硬质金属加热至其熔点，无需使用极其复杂粉末冶金方法进行生产，大大提升了高硬度、高强度产品的生产效率。
进一步地，所述金属材料为铜、铜合金、钛、钛合金、非晶合金、铝、铝合金、锌、锌合金中的一种。
进一步地，所述步骤S6中，金属材料注入时的温度低于复合材料中的非晶合金的玻璃化转变温度。
需要说明的，通过上述的设计，可以避免复合材料中的非晶合金呈现半固态或液态。
进一步地，液态的金属注入至所述模具可采用压铸或者浇铸的方式，本实施例并不对金属的注入方式作出限制。
进一步地，所述步骤S2中，将上述的混合材料的加热温度范围为200℃至600℃。
需要说明的是，上述的加热温度范围与非晶合金颗粒的过冷液相区的温度范围内，当将上述的混合材料加热至上述200℃至600℃，非晶合金颗粒便成为半固态状态。
进一步地，所述硬质金属棒的直径范围为0.1mm至10mm，所述硬质合金棒的直径范围为0.1mm至10mm，所述非晶合金颗粒的直径范围为1μm-10mm。
进一步地，所述硬质金属棒或所述硬质合金棒与所述非晶合金颗粒的体积比例范围为1:1至10:1。
进一步地，所述硬质金属棒和所述硬质合金棒的密度大于8g/cm3，硬度大于500HV。
进一步地，所述硬质金属棒包括钨、钼、钽、镍、钴、铌中的一种；
所述硬质合金棒包括碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌中的一种；
所述非晶合金颗粒包括稀土基非晶合金、铜基非晶合金、锆基非晶合金、钛基非晶合金、镍基非晶合金、钴基非晶合金中的一种。
需要说明的是，需要说明的是，本实施例中的硬质金属棒除上述的金属外，还可以包括其它的硬质金属，本实施并不作出限制，同样地，本实施例中的硬质合金棒还可以包括其它的硬质合金，本实施例并不制作限制，本实施例中的非晶合金颗粒还可以包括其它的非晶合金，本实施例并不作出限制。
进一步地，所述步骤S3中具体包括：
通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，并且带动与其混合在一起的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状，对型腔内混合材料的成型部分施加超声波震荡，超声波的频率范围为10kHHz至100kHz，当非晶合金颗粒、硬质金属棒或硬质合金棒的直径处于0.1mm至5mm时，使用频率范围为40kHz至100kHz的超声波，当非晶合金颗粒、硬质金属棒或硬质合金棒直径在5mm至10mm之间时，使用频率范围为10kHz至50kHz的超声波。
需要说明的是，需要说明的时候，在对混合材料的加热及加压过程中可对部分已经成型的混合材料实施超声波震荡增加半固态非晶合金颗粒的流动性，提高非晶合金与硬质金属或硬合金接触的面积，提高两者粘结的强度，提高硬质金属或硬质合金在非晶合金中分布的均匀性。
进一步地，所述步骤S3具体包括：
通过分段施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合在一起的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；
第一段压力为使非晶合金颗粒能够在超塑性状态下流动的力F1，施加压力的时间为T1，第二段压力为非晶合金超塑性状态结束之后所施加的力F2，施加压力的时间为T2，其中，F2>1.2×F1，T2>0.3×T1。
需要说明的是，通过上述的采用分段加压的方式，可以消除硬质金属或硬质合金与非晶合金之间的间隙，提高结合强度，使产品的致密度提高。第一段压力F1为使非晶合金能够在超塑性状态下流动的力，第二段压力F2为超塑性状态结束之后使复合材料的致密度提高的压力。
以上对本发明所提供的一种高硬度产品制备工艺进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高硬度产品制备工艺，其特征在于，包括：
S1、将硬质金属棒或硬质合金棒与非晶合金颗粒置于预设型腔内进行混合，形成混合材料；
S2、将上述的混合材料进行加热，并加热至所述非晶合金颗粒的过冷液相区的温度范围；
S3、通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；
S4、对上述混合材料进行冷却，得到复合材料；
S5、将所述复合材料放置于产品模具中；
S6、将液态的金属材料注入至所述模具，使得液态的金属材料与所述复合材料混合；
S7、对所述模具施加预设压力并保持压力预设时间，然后打开所述模具，将产品取出。
2.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述金属材料为铜、铜合金、钛、钛合金、非晶合金、铝、铝合金、锌、锌合金中的一种。
3.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述步骤S6中，金属材料注入时的温度低于复合材料中的非晶合金的玻璃化转变温度。
4.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，将上述的混合材料的加热温度范围为200℃至600℃。
5.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述硬质金属棒的直径范围为0.1mm至10mm，所述硬质合金棒的直径范围为0.1mm至10mm，所述非晶合金颗粒的直径范围为1μm-10mm。
6.根据权利要求5所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述硬质金属棒或所述硬质合金棒与所述非晶合金颗粒的体积比例范围为1:1至10:1。
7.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述硬质金属棒和所述硬质合金棒的密度大于8g/cm3，硬度大于500HV。
8.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述硬质金属棒包括钨、钼、钽、镍、钴、铌中的一种；
所述硬质合金棒包括碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌中的一种；
所述非晶合金颗粒包括稀土基非晶合金、铜基非晶合金、锆基非晶合金、钛基非晶合金、镍基非晶合金、钴基非晶合金中的一种。
9.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中具体包括：
通过施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，并且带动与其混合在一起的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状，对型腔内混合材料的成型部分施加超声波震荡，超声波的频率范围为10kHHz至100kHz，当非晶合金颗粒、硬质金属棒或硬质合金棒的直径处于0.1mm至5mm时，使用频率范围为40kHz至100kHz的超声波，当非晶合金颗粒、硬质金属棒或硬质合金棒直径在5mm至10mm之间时，使用频率范围为10kHz至50kHz的超声波。
10.根据权利要求1所述的高硬度产品制备工艺，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
通过分段施加压力的方式使非晶合金颗粒在半固态状态下流动，带动与其混合在一起的硬质金属棒或硬质合金棒一同变形至预设型腔的形状；
第一段压力为使非晶合金颗粒能够在超塑性状态下流动的力F1，施加压力的时间为T1，第二段压力为非晶合金超塑性状态结束之后所施加的力F2，施加压力的时间为T2，其中，F2>1.2×F1，T2>0.3×T1。
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