CN111809073A - 一种梯度硬质合金方块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梯度硬质合金方块及其制备方法，由以下按照重量份数计的原材料组成：WC粉65‑75份、Ni3Al粉10‑15份、TiC粉5‑15份、Co粉末10‑20份、石墨粉5‑7份以及石蜡1‑3份，将原料粉末混合均匀，加入成型剂后得混合料粉末；将混合料粉末在250‑320MPa下压制成型，得到压坯；将压坯在惰性气体保护下升温至1250‑1350℃，保温2‑3h后随炉冷却，得到预烧结样品；将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢‑甲烷气体混合物中碳化，在真空下升温至1450‑1550℃，保温‑2h后，随炉冷却，得到梯度硬质合金方块。本发明得到的梯度硬质合金方块强度高，硬质高，韧性好，性能优异。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，尤其涉及一种梯度硬质合金方块及其制备方法。
背景技术
硬质合金是一种常见的工业材料，其由均匀分布的碳化物陶瓷相骨架与金属粘结交错形成，具有高硬度、高强度、高弹性模量、耐磨损和耐腐蚀等性能，因而广泛用于制造各种切削工具、矿用工具及耐磨耐蚀零部件。
然而，由于传统的硬质合金为碳化物陶瓷相骨架与金属粘结交错形成的均匀结构，硬质合金的耐磨性变化和断裂韧性变化呈现负相关关系，也就是说，硬质合金的硬度与韧性难以同步提升，进而限制了硬质合金材料在高硬度、难加工材料切削加工中的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种梯度硬质合金方块及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种梯度硬质合金方块，由以下按照重量份数计的原材料组成：WC粉65-75份、Ni3Al粉10-15份、TiC粉5-15份、Co粉末10-20份、石墨粉5-7份以及石蜡1-3份。
所述WC粉末的平均晶粒尺寸在2.5μm至10.6μm之间。
所述WC的晶粒分布具有双峰结构，WC包括粗晶WC和细晶WC，粗晶WC的平均晶粒度为1.2-2.8μm，细晶WC的平均晶粒度为0.6-1.2μm。
所述WC的晶粒分布的双峰结构中，一个峰在0.3μm～1.1μm之间，另一个峰在1.4μm～2.8μm之间。
所述粗晶WC的用量大于细晶WC的用量。
一种梯度硬质合金方块的制备方法，包括以下步骤：
将原料粉末混合均匀，加入成型剂后得混合料粉末；
将混合料粉末在250-320MPa下压制成型，得到压坯；
将压坯在惰性气体保护下升温至1250-1350℃，保温2-3h后随炉冷却，得到预烧结样品；
将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢-甲烷气体混合物中碳化，在真空下升温至1450-1550℃，保温2-3h后，随炉冷却，得到梯度硬质合金方块。
所述混合料粉末在压制成型前，还进行研磨，在研磨机中处理，转速40-160转/min、球料质量比为3-6:1、球磨时间为12-24h、固液质量比为3-5:1。
所述梯度硬质合金方块中的梯度层厚度为350-1500微米。
本发明制备得到的硬质合金方块，强度和硬度都较高，韧性好，合金性能优异，能够应用在切削、高硬度环境中，耐用性强。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一
一种梯度硬质合金方块的制备方法，选择WC粉65份、Ni3Al粉10份、TiC粉5份、Co粉末10份、石墨粉5份以及石蜡1份，加入成型剂后得混合料粉末。
将混合料粉末在250MPa下压制成型，得到压坯。
将压坯在惰性气体保护下升温至1250℃，保温3h后随炉冷却，得到预烧结样品。
将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢-甲烷气体混合物中碳化，在真空下升温至1450℃，保温2h后，随炉冷却，得到梯度硬质合金方块。
所述混合料粉末在压制成型前，还进行研磨，在研磨机中处理，转速40转/ min、球料质量比为3:1、球磨时间为12h、固液质量比为3:1。
所述梯度硬质合金方块中的梯度层厚度为350微米。
所述WC粉末的平均晶粒尺寸在2.5μm。所述WC的晶粒分布具有双峰结构，WC包括粗晶WC和细晶WC，粗晶WC的平均晶粒度为1.2μm，细晶WC的平均晶粒度为0.6μm。所述WC的晶粒分布的双峰结构中，一个峰在0.3μm，另一个峰在1.4μm。
实施例二
一种梯度硬质合金方块的制备方法，选择WC粉70份、Ni3Al粉12份、TiC粉10份、Co粉末15份、石墨粉6份以及石蜡2份，加入成型剂后得混合料粉末。
将混合料粉末在300MPa下压制成型，得到压坯。
将压坯在惰性气体保护下升温至1300℃，保温2.5h后随炉冷却，得到预烧结样品。
将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢-甲烷气体混合物中碳化，在真空下升温至1500℃，保温2.5h后，随炉冷却，得到梯度硬质合金方块。
所述混合料粉末在压制成型前，还进行研磨，在研磨机中处理，转速100转/ min、球料质量比为4:1、球磨时间为18h、固液质量比为4:1。
所述梯度硬质合金方块中的梯度层厚度为800微米。
所述WC粉末的平均晶粒尺寸在6.2μm之间。所述WC的晶粒分布具有双峰结构，WC包括粗晶WC和细晶WC，粗晶WC的平均晶粒度为2.0μm，细晶WC的平均晶粒度为0.9μm。所述WC的晶粒分布的双峰结构中，一个峰在0.8μm之间，另一个峰在2.1μm之间。
实施例三
一种梯度硬质合金方块的制备方法，选择WC粉75份、Ni3Al粉15份、TiC粉15份、Co粉末20份、石墨粉7份以及石蜡3份，加入成型剂后得混合料粉末。
将混合料粉末在320MPa下压制成型，得到压坯。
将压坯在惰性气体保护下升温至1350℃，保温3h后随炉冷却，得到预烧结样品。
将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢-甲烷气体混合物中碳化，在真空下升温至1550℃，保温3h后，随炉冷却，得到梯度硬质合金方块。
所述混合料粉末在压制成型前，还进行研磨，在研磨机中处理，转速160转/ min、球料质量比为6:1、球磨时间为24h、固液质量比为5:1。
所述梯度硬质合金方块中的梯度层厚度为1500微米。
所述WC的晶粒分布具有双峰结构，WC包括粗晶WC和细晶WC，粗晶WC的平均晶粒度为2.8μm，细晶WC的平均晶粒度为1.2μm。所述WC的晶粒分布的双峰结构中，一个峰在1.1μm之间，另一个峰在2.8μm之间。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种梯度硬质合金方块，其特征在于，由以下按照重量份数计的原材料组成：WC粉65-75份、Ni3Al粉10-15份、TiC粉5-15份、Co粉末10-20份、石墨粉5-7份以及石蜡1-3份。
2.根据权利要求1所述的梯度硬质合金方块，其特征在于，所述WC粉末的平均晶粒尺寸在2.5μm至10.6μm之间。
3.根据权利要求2所述的梯度硬质合金方块，其特征在于，所述WC的晶粒分布具有双峰结构，WC包括粗晶WC和细晶WC，粗晶WC的平均晶粒度为1.2-2.8μm，细晶WC的平均晶粒度为0.6-1.2μm。
4.根据权利要求3所述的梯度硬质合金方块，其特征在于，所述WC的晶粒分布的双峰结构中，一个峰在0.3μm～1.1μm之间，另一个峰在1.4μm～2.8μm之间。
5.根据权利要求4所述的梯度硬质合金方块，其特征在于，所述粗晶WC的用量大于细晶WC的用量。
6.一种梯度硬质合金方块的制备方法，包括以下步骤：
将原料粉末混合均匀，加入成型剂后得混合料粉末；
将混合料粉末在250-320MPa下压制成型，得到压坯；
将压坯在惰性气体保护下升温至1250-1350℃，保温2-3h后随炉冷却，得到预烧结样品；
将预烧结后的试样置入高压气氛炉中，在氢-甲烷气体混合物中碳化，在真空下升温至1450-1550℃，保温-2h后，随炉冷却，得到梯度硬质合金方块。
7.根据权利要求6所述的梯度硬质合金方块的制备方法，其特征在于，所述混合料粉末在压制成型前，还进行研磨，在研磨机中处理，转速40-160转/ min、球料质量比为3-6:1、球磨时间为12-24h、固液质量比为3-5:1。
8.根据权利要求7所述的梯度硬质合金方块的制备方法，其特征在于，所述梯度硬质合金方块中的梯度层厚度为350-1500微米。
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