CN111945051A - 一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，包括S1：备料；S2：混料球墨；S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制及烧结待自然冷却，即得硬质合金材料；S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末88‑90份，碳化钽2‑3份，钴粉5‑6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1‑2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛4‑7份，碳化硼2‑4份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为5‑8μm的第一碳化钨粉末及粒度为3‑7μm的第二碳化钨粉末；本发明所设计的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺不仅使硬质合金截齿具有良好的韧性和硬度，而且能保证硬质合金截齿在经过后期的焊接加工后，仍能保持产品标准所要求的硬度和耐磨性。

Description

一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺
技术领域
本发明涉及硬质合金材料的加工领域，特别是一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺。
背景技术
为了满足机械加工、模具制造等的使用方面的要求，解决粗晶WC–Co硬质合金的高断裂韧性与高硬度难以同时存在的矛盾，往往采用双晶硬质合金来解决这一矛盾，即通过粗颗粒WC保证合金的韧性，细颗粒WC保证合金的耐磨性来获得综合性能优异的粗晶WC–Co硬质合金；传统的硬质合金截齿主要成分是碳化钨和钴，这种类型的硬质合金截齿普遍存在硬性方面较差、耐磨性和强度方面不足等问题；在开采煤炭掘进过程中，由于地址岩层过于坚硬且长时间工作的情况下，其硬度和强度急剧下降，严重影响了截齿材料的耐磨性和使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，不仅使硬质合金截齿具有良好的韧性和硬度，而且能保证硬质合金截齿在经过后期的焊接加工后，仍能保持产品标准所要求的硬度和耐磨性。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制及烧结待自然冷却，即得硬质合金材料；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末88-90份，碳化钽2-3份，钴粉5-6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1-2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛4-7份，碳化硼2-4份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为5-8μm的第一碳化钨粉末及粒度为3-7μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为67-81％，第二碳化钨粉末的含量为19-33％。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，前述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛13-23％，碳化钽0.9-2.35％，其余为碳化钨。
前述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.53-99.58％，铬0.42-0.47％。
前述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2150℃-2300℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物。
前述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1410-1430℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体。
前述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用10-15的球料比，球磨33-43小时；
加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用11-13的球料比，球磨11-19小时，得到混合料。
前述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，步骤S3控制研磨机的转速为100r/min，研磨时间为2-3h。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中采用了两种粒径的碳化物作为原料，使合金组织中的WC晶粒为非均匀结构，由于合金组织中的粗细WC交错搭配，使WC与WC晶粒之间填充的钴相层变薄，分布也更加均匀，减少了合金中产生“钴池”缺陷的机率；
（2）由于第二碳化钨粉末为单晶碳化钨颗粒，晶粒结晶完整，球磨过程中其晶粒结构未受到破坏，因此合金中形成的粗晶WC晶粒缺陷少，晶粒度均匀，保证了双晶结构硬质合金晶粒度的可控性，提高了合金的整体性能，同时具有更加优异的断裂韧性；
（3）本发明中增加了由碳化钨与钨化钛在2000-2300℃的高温加热下形成的固溶体和碳化钽，并选用了粒度更小的碳化钨粉，改善了本硬质合金刀头的红硬性、耐磨性和高温强度性等性能；不仅使硬质合金截齿具有良好的韧性和硬度，而且能保证硬质合金截齿在经过后期的焊接加工后，仍能保持产品标准所要求的硬度和耐磨性；
（4）根据石蜡在高于熔点温度时溶于酒精的特点，在硬质合金混合料中掺入石蜡成型，避免了溶剂中所含杂质的混入，降低了生产成本，提高了硬质合金湿磨混合料的质量。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制及烧结待自然冷却，即得硬质合金材料；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末88份，碳化钽3份，钴粉5份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛5份，碳化硼2份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为5μm的第一碳化钨粉末及粒度为7μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为71％，第二碳化钨粉末的含量为29％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛17％，碳化钽1.15％，其余为碳化钨；碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.53％，铬0.47％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2150℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物；碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1430℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体；
步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用11的球料比，球磨43小时；加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用11的球料比，球磨19小时，得到混合料；步骤S3控制研磨机的转速为100r/min，研磨时间为3h。
本实施例所制造的截齿，其性能参数：
密度：16.85g/cm3；
洛氏硬度：88.6HRA；
矫顽磁力：4.5kA/m；
抗弯强度：4600Mpa；
孔隙度：A02、B00；
平均晶粒度：≥6.0。
实施例2
本实施例提供的一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制及烧结待自然冷却，即得硬质合金材料；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末90份，碳化钽2份，钴粉6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛7份，碳化硼3份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为6μm的第一碳化钨粉末及粒度为4μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为81％，第二碳化钨粉末的含量为19％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛19％，碳化钽1.75％，其余为碳化钨；碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.58％，铬0.42％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2300℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物；碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1410℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体；
步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用15的球料比，球磨33小时；加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用12的球料比，球磨13小时，得到混合料；步骤S3控制研磨机的转速为100r/min，研磨时间为2h。
本实施例所制造的截齿，其性能参数：
密度：17.02g/cm3；
洛氏硬度：91.5HRA；
矫顽磁力：4.9kA/m；
抗弯强度：4650Mpa；
孔隙度：A02、B00；
平均晶粒度：≥6.0。
实施例3
本实施例提供的一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制及烧结待自然冷却，即得硬质合金材料；
S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末89份，碳化钽3份，钴粉5份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛6份，碳化硼3份及石蜡1份；碳化钨粉末中，包括粒度为7μm的第一碳化钨粉末及粒度为3μm的第二碳化钨粉末，以第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为77％，第二碳化钨粉末的含量为23％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛19％，碳化钽1.95％，其余为碳化钨；碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.55％，铬0.45％；
碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2250℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物；碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1425℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体；
步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用13的球料比，球磨39小时；加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用13的球料比，球磨17小时，得到混合料；步骤S3控制研磨机的转速为100r/min，研磨时间为3h。
本实施例所制造的截齿，其性能参数：
密度：16.95g/cm3；
洛氏硬度：90.5HRA；
矫顽磁力：4.7kA/m；
抗弯强度：4630Mpa；
孔隙度：A02、B00；
平均晶粒度：≥6.0。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，包括如下步骤：
S1：备料；
S2：混料球墨；
S3：将上述混料放入研磨机中进行混合研磨、压制及烧结待自然冷却，即得硬质合金材料；
其特征在于，所述S1中，按质量份数计，选取碳化钨粉末88-90份，碳化钽2-3份，钴粉5-6份，碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体1-2份，碳化钨—铬固溶体0.5份，氮化钛4-7份，碳化硼2-4份及石蜡1份；所述碳化钨粉末中，包括粒度为5-8μm的第一碳化钨粉末及粒度为3-7μm的第二碳化钨粉末，以所述第一碳化钨粉末和第二碳化钨粉末的重量之和为100％计，第一碳化钨粉末的含量为67-81％，第二碳化钨粉末的含量为19-33％。
2.根据权利要求1所述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钛13-23％，碳化钽0.9-2.35％，其余为碳化钨。
3.根据权利要求1所述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—铬固溶体中所含成分按重量百分比计算的配比是：碳化钨99.53-99.58％，铬0.42-0.47％。
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体的制备步骤为：将碳化钨、碳、二氧化钛、碳化钽混合均匀，并在2150℃-2300℃的高温中加热，制得碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体化合物。
5.根据权利要求4所述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，其特征在于，所述碳化钨—铬固溶体的制备步骤为：将钨、碳、氧化铬在1410-1430℃左右的高温下碳化制得碳化钨—铬固溶体。
6.根据权利要求1所述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，其特征在于，所述步骤S2的具体操作为：将钴粉及石蜡等分为两组，将碳化钽、碳化钨—碳化钛—碳化钽固溶体、碳化钨—铬固溶体、氮化钛、碳化硼、第一碳化钨粉末及钴粉、石蜡各一组放入球磨机中，采用10-15的球料比，球磨33-43小时；
加入第二碳化钨粉末及剩下的钴粉及石蜡，采用11-13的球料比，球磨11-19小时，得到混合料。
7.根据权利要求1所述的采煤掘进机截齿用双晶硬质合金的制造工艺，其特征在于，所述步骤S3控制研磨机的转速为100r/min，研磨时间为2-3h。
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