CN114178530A - 一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法 - Google Patents

一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法 Download PDF

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金佳男
吕晟
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Abstract

本发明公开了一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，依次包括以下步骤：450摄氏度以前进行氢脱蜡，在450至600摄氏度之间充入氩气进行负压脱蜡，然后从600升温至1250摄氏度进行真空烧结，再充入氩气从1250摄氏度到1415摄氏度进行加压烧结，最后保温60分钟再冷却至室温。本发明的优点是：使用正压氢气脱蜡与负压氩气脱蜡相配合的脱蜡方式，排蜡过程由原先的5天降低至2天以内，并且烧结过程中烧结炉内加以氩气，保证产品内无空隙缺陷，提高产品强度。

Description

一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法
技术领域
本发明涉及一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法。
背景技术
顶锤制品属于硬质合金大制品，在烧结过程中对于成型剂石蜡的脱除是一大难点。传统的顶锤制品成型剂脱除是在专门的脱蜡炉中，以氢气为保护气体，缓慢升温达到成型剂脱除目的。由于顶锤制品体积大，脱除成型剂过程往往需要6-7天的过程，生产效率非常缓慢。脱除成型剂的压坯需要二次转移到烧结炉中进行烧结，由于脱除完成形剂的压坯中碳化钨与钴没有了石蜡的保护，非常容易受到空气中氧气的影响而氧化，造成顶锤表面的氧含量增高，烧结后引起组织成分的不均匀。
目前在国际上流行的硬质合金烧结工艺为脱蜡+真空烧结+压力烧结一体工艺，工艺流程短，效率高，提高了生产效率降低了劳动强度与能耗。一体化的烧结工艺中脱蜡过程有两种形式，正压氢气保护脱蜡与负压氩气保护脱蜡。氢气脱蜡过程由于氢气热传导效率高，炉内温度均匀，排蜡过程稳定，但是排蜡过程慢效率低。氩气负压脱蜡过程由于炉内为亚真空状态，石蜡蒸气排除迅速，生产效率高，但由于炉内真空状态热传导慢，造成制品内部不同步加热，排蜡过程稳定性差。对于小制品硬质合金负压脱蜡的热传导差的因素对于产品影响较小，但对于顶锤这类大制品则会由于产品内部不均匀的温度造成石蜡的不同步排出，严重的可造成制品的开裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，能够有效解决目前能大件硬质合金制品脱蜡烧结后容易开裂的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，依次包括以下步骤：
S10：从室温到450摄氏度，进行正压氢脱蜡，；
S20：进行负压脱蜡，包括步骤S21至S23，此过程炉内压力为500pa，并保持氩气持续充入；
S21：向炉内充入氩气，替换炉内的氢气，并使炉内压力调整到500pa，然后炉内温度从450摄氏度匀速升温指550摄氏度，升温速度0.5℃/min；
S22：从550摄氏度匀速升温指600摄氏度，升温速度1℃/min；
S23：在600摄氏度保温30分钟，停止氩气输入；
S30：进行真空烧结，包括步骤S31至S33，此过程中炉内压力小于50pa；
S31：抽真空使炉内压力小于50pa，然后炉内温度从600摄氏度匀速升温指800摄氏度，升温速度2.5℃/min；
S32：从800摄氏度匀速升温指1000摄氏度，升温速度2℃/min；
S33：从1000摄氏度匀速升温指1250摄氏度，升温速度3℃/min；
S40：进行加压烧结，包括步骤S41至S44，此过程中炉内压力为2000pa，并且保持氩气持续充入；
S41：充入氩气使炉内压力到2000pa，然后炉内温度在1250摄氏度保温30分钟；
S42：从1250摄氏度匀速升温指1350摄氏度，升温速度2℃/min；
S43：从1350摄氏度匀速升温指1415摄氏度，升温速度1℃/min；
S44：在1415摄氏度保温30分钟；
S50：保持氩气持续充入，调整炉内至90bar，保温60分钟；
S60：随炉冷却到室温。
优选的，所述步骤S10的正压氢脱蜡，升温时保持炉内压力12～18mbar，并保持持续充入氢气，包括以下步骤：
S11：关闭炉门利用氢气替换炉内的空气，炉内压力到达设定压力后，从室温开始均速升温到250摄氏度，升温速度1.25℃/min；
S12：在250摄氏度保温60分钟；
S13：从250摄氏度匀速升温指350摄氏度，升温速度0.25℃/min；
S14：从350摄氏度匀速升温指450摄氏度，升温速度0.3℃/min；
优选的，所述步骤S10的正压氢脱蜡全过程中，氢气流量为60～100L/min。
优选的，所述步骤S20进行负压脱蜡时，氩气流量为12～18L/min。
优选的，所述步骤40进行烧结时，氩气流量为8～12L/min。
与现有技术相比，本发明的优点是：使用正压氢气脱蜡与负压氩气脱蜡相配合的脱蜡方式，在450℃以下使用正压氢气脱蜡，使顶锤压坯中的石蜡融化并通过毛细作用集聚到产品表面，在450℃以上转变为负压氩气脱蜡，迅速的将石蜡排除。通过试验过程论证，顶锤的排蜡过程由原先的5天降低到2天以内。
由于采用脱蜡烧结一体方法，脱蜡烧结过程在同一设备中烧结完成，避免脱蜡炉出炉后产品因外界暴露产生的增氧现象，同时新设备可以有效控制炉内温场与碳气氛场，保证产品烧结性能均匀一致。本项目烧结工艺进行优化处理，由于采用高温碳化碳化钨为原料，原材料结晶完整、表面活化能低可以降低烧结过程中碳化钨的溶解再结晶过程，保证碳化钨晶粒尺寸均匀一致性，避免因粗大碳化钨带来的组织缺陷与穿晶断裂现象。由于碳化钨晶粒表面活性低，不容易长大，可适当提高烧结温度，增加碳化钨与粘结相结合强度，烧结过程中烧结炉内加以氩气，保证产品内无空隙缺陷，提高产品强度。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，依次包括以下步骤：
S10：进行氢脱蜡，包括步骤S11至S14，升温时保持炉内压力15mbar，并保持持续充入氢气，氢气流量为80L/min；
S11：关闭炉门利用氢气替换炉内的空气，炉内压力到达15mbar后，从室温开始均速升温到250摄氏度，升温速度1.25℃/min；
S12：在250摄氏度保温60分钟；
S13：从250摄氏度匀速升温指350摄氏度，升温速度0.25℃/min；
S14：从350摄氏度匀速升温指450摄氏度，升温速度0.3℃/min；
S20：进行负压脱蜡，包括步骤S21至S23，此过程炉内压力为500pa，并保持氩气持续充入，氩气流量为15L/min；
S21：向炉内充入氩气，替换炉内的氢气，并使炉内压力调整到500pa，然后炉内温度从450摄氏度匀速升温指550摄氏度，升温速度0.5℃/min；
S22：从550摄氏度匀速升温指600摄氏度，升温速度1℃/min；
S23：在600摄氏度保温30分钟，停止氩气输入；
S30：进行真空烧结，包括步骤S31至S33，此过程中炉内压力小于50pa；
S31：抽真空使炉内压力小于50pa，然后炉内温度从600摄氏度匀速升温指800摄氏度，升温速度2.5℃/min；
S32：从800摄氏度匀速升温指1000摄氏度，升温速度2℃/min；
S33：从1000摄氏度匀速升温指1250摄氏度，升温速度3℃/min；
S40：进行加压烧结，包括步骤S41至S44，此过程中炉内压力为2000pa，并且保持氩气持续充入，氩气流量为10L/min；
S41：充入氩气使炉内压力到2000pa，然后炉内温度在1250摄氏度保温30分钟；
S42：从1250摄氏度匀速升温指1350摄氏度，升温速度2℃/min；
S43：从1350摄氏度匀速升温指1415摄氏度，升温速度1℃/min；
S44：在1415摄氏度保温30分钟；
S50：保持氩气持续充入，调整炉内至90bar，保温60分钟；
S60：随炉冷却到室温。
使用正压氢气脱蜡与负压氩气脱蜡相配合的脱蜡方式，在450℃以下使用正压氢气脱蜡，使顶锤压坯中的石蜡融化并通过毛细作用集聚到产品表面，在450℃以上转变为负压氩气脱蜡，迅速的将石蜡排除。通过试验过程论证，顶锤的排蜡过程由原先的5天降低到2天以内。
由于采用脱蜡烧结一体方法，脱蜡烧结过程在同一设备中烧结完成，避免脱蜡炉出炉后产品因外界暴露产生的增氧现象，同时新设备可以有效控制炉内温场与碳气氛场，保证产品烧结性能均匀一致。本项目烧结工艺进行优化处理，由于采用高温碳化碳化钨为原料，原材料结晶完整、表面活化能低可以降低烧结过程中碳化钨的溶解再结晶过程，保证碳化钨晶粒尺寸均匀一致性，避免因粗大碳化钨带来的组织缺陷与穿晶断裂现象。由于碳化钨晶粒表面活性低，不容易长大，可适当提高烧结温度，增加碳化钨与粘结相结合强度，烧结过程中烧结炉内加以氩气，保证产品内无空隙缺陷，提高产品强度。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (5)

1.一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
S10：从室温到450摄氏度，进行正压氢脱蜡，；
S20：进行负压脱蜡，包括步骤S21至S23，此过程炉内压力为500pa，并保持氩气持续充入；
S21：向炉内充入氩气，替换炉内的氢气，并使炉内压力调整到500pa，然后炉内温度从450摄氏度匀速升温指550摄氏度，升温速度0.5℃/min；
S22：从550摄氏度匀速升温指600摄氏度，升温速度1℃/min；
S23：在600摄氏度保温30分钟，停止氩气输入；
S30：进行真空烧结，包括步骤S31至S33，此过程中炉内压力小于50pa；
S31：抽真空使炉内压力小于50pa，然后炉内温度从600摄氏度匀速升温指800摄氏度，升温速度2.5℃/min；
S32：从800摄氏度匀速升温指1000摄氏度，升温速度2℃/min；
S33：从1000摄氏度匀速升温指1250摄氏度，升温速度3℃/min；
S40：进行加压烧结，包括步骤S41至S44，此过程中炉内压力为2000pa，并且保持氩气持续充入；
S41：充入氩气使炉内压力到2000pa，然后炉内温度在1250摄氏度保温30分钟；
S42：从1250摄氏度匀速升温指1350摄氏度，升温速度2℃/min；
S43：从1350摄氏度匀速升温指1415摄氏度，升温速度1℃/min；
S44：在1415摄氏度保温30分钟；
S50：保持氩气持续充入，调整炉内至90bar，保温60分钟；
S60：随炉冷却到室温。
2.如权利要求1所述的一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，其特征在于：所述步骤S10的正压氢脱蜡，升温时保持炉内压力12～18mbar，并保持持续充入氢气，包括以下步骤：
S11：关闭炉门利用氢气替换炉内的空气，炉内压力到达设定压力后，从室温开始均速升温到250摄氏度，升温速度1.25℃/min；
S12：在250摄氏度保温60分钟；
S13：从250摄氏度匀速升温指350摄氏度，升温速度0.25℃/min；
S14：从350摄氏度匀速升温指450摄氏度，升温速度0.3℃/min。
3.如权利要求2所述的一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，其特征在于：所述步骤S10的正压氢脱蜡全过程中，氢气流量为60～100L/min。
4.如权利要求1所述的一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，其特征在于：所述步骤S20进行负压脱蜡时，氩气流量为12～18L/min。
5.如权利要求1所述的一种硬质合金顶锤脱蜡烧结方法，其特征在于：所述步骤40进行烧结时，氩气流量为8～12L/min。
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