CN115074567A - 一种混晶硬质合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硬质合金技术领域,提供了一种混晶硬质合金的制备方法包括如下步骤:配料、混料、压制成型、脱蜡、烧结;本发明所提供的混晶硬质合金的制备方法,让硬质合金在烧结的时候,合金的结构更可控、更优异,所制得的混晶硬质合金,其硬度大于90HRA,抗拉强度大于2500MPa,断裂韧性大于10.8MPa·m1/2,兼顾了粗细颗粒硬质合金的断裂韧性和耐磨性,使硬质合金性能更多样化,在更多的领域得到应用。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金技术领域,具体而言,涉及一种混晶硬质合金及其制备方法。
背景技术
WC-Co硬质合金由于其出色的耐磨性能、耐腐蚀性能、高强度、高硬度和良好的红硬性等,被广泛用于制造结构零件、耐磨零件、耐腐蚀零件,切削工具、矿山开凿工具等,被誉为“工业牙齿”。通常情况下,组成硬质合金的WC晶粒度越细,合金的强度、硬度、耐磨性越好,但是断裂韧性会比较差;粗颗粒的合金断裂韧性会优于细颗粒,但是其硬度、耐磨性会有明显下降。所以,硬质合金在硬度和韧性是难以兼得的。
为了让硬质合金能在更多的领域得到应用,非均匀结构的硬质合金在20世纪50年代就已经问世。非均匀硬质合金兼顾了高钴硬质合金的韧性和低钴硬质合金的耐磨性或者说是粗颗粒硬质合金的韧性和细颗粒硬质合金的耐磨性。非均匀结构硬质合金可以分为两大类:一类是采用两种或者两种以上不同晶粒度的WC按一定比例混合所制备的非均匀结构硬质合金;二类是粘接相含量不同的,一般是高低粘接相组合的非均匀结构硬质合金。经研究,多种不同晶粒度的WC混合的非均匀硬质合金内部裂纹扩展时,不再是单一的沿晶或穿晶断裂了。由于粗颗粒WC的存在,当裂纹扩展遇到粗颗粒WC时,要么是绕过,要么还是穿过粗颗粒WC,不论是以哪种方式通过,都需要做更多的功,因此混合比例适当的非均匀硬质合金可以在在保持良好的硬度前提下,还可以得到更好的强韧性。
通过多种WC混合制备的非均匀硬质合金是存在细颗粒WC使粗颗粒WC异常长大的问题,异常长大的WC颗粒具有尖角,这种尖角的存在会使合金在受载荷的时候产生应力集中,进而产生裂纹。当异常长大的WC颗粒含量较多的时候,对合金的力学性能有着致命的影响,因此需要抑制粗晶的继续长大。
发明内容
本发明提供了一种混晶硬质合金及其制备方法,能够有效解决上述问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现:
本发明一方面提供了一种混晶硬质合金的制备方法,包括如下步骤:
S1、配料
选用多种费氏粒度不同的WC作为主料,选用Co和/或Co+Ni作为粘接相,选用TiC与VC的混合物作为抑制剂;
S2、混料
将步骤S1所得主料、粘接相和抑制剂置于球磨机内得到混合粉体,依次添加成型剂、研磨体和球磨介质,开启球磨机进行混料;
S3、压制成型
将步骤S2混料完成后的物料进行干燥制粒得到粒料,对粒料进行加压成型,得到压制毛坯;
S4、脱蜡
将步骤S3所得压制毛坯置于真空炉中进行脱蜡;
S5、烧结
对步骤S4脱蜡后的压制毛坯进行烧结,完成后即得混晶硬质合金。
本发明另一方面提供了一种由上述制备方法制得的混晶硬质合金本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果:
本发明所提供的混晶硬质合金的制备方法,让硬质合金在烧结的时候,合金的结构更可控、更优异,所制得的混晶硬质合金,其硬度大于90HRA,抗拉强度大于2500MPa,断裂韧性大于10.8MPa·m1/2,兼顾了粗细颗粒硬质合金的断裂韧性和耐磨性,使硬质合金性能更多样化,在更多的领域得到应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本具体实施方式一方面提供了一种混晶硬质合金的制备方法,包括如下步骤:
S1、配料
选用多种费氏粒度不同的WC作为主料,选用Co和/或Co+Ni作为粘接相,选用TiC与VC的混合物作为抑制剂;
S2、混料
将步骤S1所得主料、粘接相和抑制剂置于球磨机内得到混合粉体,依次添加成型剂、研磨体和球磨介质,开启球磨机进行混料;
S3、压制成型
将步骤S2混料完成后的物料进行干燥制粒得到粒料,对粒料进行加压成型,得到压制毛坯;
S4、脱蜡
将步骤S3所得压制毛坯置于真空炉中进行脱蜡;
S5、烧结
对步骤S4脱蜡后的压制毛坯进行烧结,完成后即得混晶硬质合金。
进一步地,在步骤S1中:
主料的质量分数为85%-95%,粘接相的质量分数为5%-15%,余量为抑制剂。
进一步地,在步骤S1中,抑制剂中,按质量比计,TiC:VC=1:(0.2-0.4)。
进一步地,在步骤S1中,在步骤S1中,多种费氏粒度不同的WC包括WC1、WC2和WC3,WC1的费氏粒度为1-1.4μm,WC2的费氏粒度为0.4-0.6μm,WC3的费氏粒度为0.1-0.3μm,按质量比计,WC1:WC2:WC3=1:(0.2-0.4):(0-0.2)。
进一步地,在步骤S2中,按质量比计,混合粉体:成型剂:研磨体:球磨介质=1:(0.02-0.03):(4-5):(350-400)。
进一步地,在步骤S3中,加压成型的压力为500-1000MPa。
进一步地,在步骤S4中,脱蜡时,真空炉中的真空度为10-15Pa,载气流量为1.5-3.5m3/h,温度为350-600℃,保温时间为2-4h。
进一步地,在步骤S5中,烧结时,真空炉中的真空度为0.01-0.05Pa,温度为1420-1460℃,保温时间为1-1.5h。
本具体实施方式另一方面提供了一种混晶硬质合金,由上述制备方法制得,该混晶硬质合金的硬度大于90HRA,抗拉强度大于2500MPa,断裂韧性大于10.8MPa·m1/2。
实施例1
本实施例用于制备混晶硬质合金,包括如下步骤:
S1、配料
选用多种费氏粒度不同的WC作为主料,选用Co和/或Co+Ni作为粘接相,选用TiC与VC的混合物作为抑制剂;
其中,主料的质量分数为90%,粘接相的质量分数为7%,余量为抑制剂;
其中,抑制剂中,按质量比计,TiC:VC=1:0.3;
其中,多种费氏粒度不同的WC包括WC1、WC2和WC3,WC1的费氏粒度为1.2μm,WC2的费氏粒度为0.5μm,WC3的费氏粒度为0.2μm,按质量比计,WC1:WC2:WC3=1:0.3:0.1;
S2、混料
将步骤S1所得主料、粘接相和抑制剂置于球磨机内得到混合粉体,依次添加成型剂、研磨体和球磨介质,开启球磨机进行混料;
其中,成型剂为石蜡,研磨体为球磨球,球磨介质为正己烷;
其中,按质量比计,混合粉体:成型剂:研磨体:球磨介质=1:0.025:4.5:380;
S3、压制成型
将步骤S2混料完成后的物料进行干燥制粒得到粒料,对粒料进行加压成型,得到压制毛坯;
其中,加压成型的压力为700MPa;
S4、脱蜡
将步骤S3所得压制毛坯置于真空炉中进行脱蜡;
其中,脱蜡时,真空炉中的真空度为12Pa,载气流量为2m3/h,温度为450℃,保温时间为3h;
S5、烧结
对步骤S4脱蜡后的压制毛坯进行烧结,完成后即得混晶硬质合金A1;
其中,烧结时,真空炉中的真空度为0.02Pa,温度为1440℃,保温时间为1.2h。
实施例2
本实施例用于制备混晶硬质合金,包括如下步骤:
S1、配料
选用多种费氏粒度不同的WC作为主料,选用Co和/或Co+Ni作为粘接相,选用TiC与VC的混合物作为抑制剂;
其中,主料的质量分数为85%,粘接相的质量分数为5%,余量为抑制剂;
其中,抑制剂中,按质量比计,TiC:VC=1:0.2;
其中,多种费氏粒度不同的WC包括WC1和WC2,WC1的费氏粒度为1μm,WC2的费氏粒度为0.4μm,按质量比计,WC1:WC2=1:0.2;
S2、混料
将步骤S1所得主料、粘接相和抑制剂置于球磨机内得到混合粉体,依次添加成型剂、研磨体和球磨介质,开启球磨机进行混料;
其中,成型剂为石蜡,研磨体为球磨球,球磨介质为正己烷;
其中,按质量比计,混合粉体:成型剂:研磨体:球磨介质=1:0.02:4:350;
S3、压制成型
将步骤S2混料完成后的物料进行干燥制粒得到粒料,对粒料进行加压成型,得到压制毛坯;
其中,加压成型的压力为500MPa;
S4、脱蜡
将步骤S3所得压制毛坯置于真空炉中进行脱蜡;
其中,脱蜡时,真空炉中的真空度为10Pa,载气流量为1.5m3/h,温度为350℃,保温时间为2h;
S5、烧结
对步骤S4脱蜡后的压制毛坯进行烧结,完成后即得混晶硬质合金A2;
其中,烧结时,真空炉中的真空度为0.01Pa,温度为1420℃,保温时间为1h。
实施例3
本实施例用于制备混晶硬质合金,包括如下步骤:
S1、配料
选用多种费氏粒度不同的WC作为主料,选用Co和/或Co+Ni作为粘接相,选用TiC与VC的混合物作为抑制剂;
其中,主料的质量分数为92%,粘接相的质量分数为5%,余量为抑制剂;
其中,抑制剂中,按质量比计,TiC:VC=1:0.4;
其中,多种费氏粒度不同的WC包括WC1、WC2和WC3,WC1的费氏粒度为1.4μm,WC2的费氏粒度为0.6μm,WC3的费氏粒度为0.3μm,按质量比计,WC1:WC2:WC3=1:0.4:0.2;
S2、混料
将步骤S1所得主料、粘接相和抑制剂置于球磨机内得到混合粉体,依次添加成型剂、研磨体和球磨介质,开启球磨机进行混料;
其中,成型剂为石蜡,研磨体为球磨球,球磨介质为正己烷;
其中,按质量比计,混合粉体:成型剂:研磨体:球磨介质=1:0.03:5:400;
S3、压制成型
将步骤S2混料完成后的物料进行干燥制粒得到粒料,对粒料进行加压成型,得到压制毛坯;
其中,加压成型的压力为1000MPa;
S4、脱蜡
将步骤S3所得压制毛坯置于真空炉中进行脱蜡;
其中,脱蜡时,真空炉中的真空度为15Pa,载气流量为3.5m3/h,温度为600℃,保温时间为4h;
S5、烧结
对步骤S4脱蜡后的压制毛坯进行烧结,完成后即得混晶硬质合金A3;
其中,烧结时,真空炉中的真空度为0.05Pa,温度为1460℃,保温时间为1.5h。
实验例
分别对上述各实施例所制得的混晶硬质合金进行性能测试,包括硬度、抗拉强度及断裂韧性,测试方法参照相应国标进行。
对于A1,其硬度为92.5HRA,强度为2600MPa,断裂韧性为11.2MPa·m1/2;
对于A2,其硬度为90.5HRA,强度为3150MPa,断裂韧性为12.6MPa·m1/2;
对于A3,其硬度为90.8HRA,强度为3200MPa,断裂韧性为12.2MPa·m1/2。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (9)
1.一种混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、配料
选用多种费氏粒度不同的WC作为主料,选用Co和/或Co+Ni作为粘接相,选用TiC与VC的混合物作为抑制剂;
S2、混料
将步骤S1所得主料、粘接相和抑制剂置于球磨机内得到混合粉体,依次添加成型剂、研磨体和球磨介质,开启球磨机进行混料;
S3、压制成型
将步骤S2混料完成后的物料进行干燥制粒得到粒料,对粒料进行加压成型,得到压制毛坯;
S4、脱蜡
将步骤S3所得压制毛坯置于真空炉中进行脱蜡;
S5、烧结
对步骤S4脱蜡后的压制毛坯进行烧结,完成后即得混晶硬质合金。
2.根据权利要求1所述的混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,在步骤S1中:
主料的质量分数为85%-95%,粘接相的质量分数为5%-15%,余量为抑制剂。
3.根据权利要求1所述的混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,在步骤S1中,抑制剂中,按质量比计,TiC:VC=1:(0.2-0.4)。
4.根据权利要求1所述的混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,在步骤S1中,多种费氏粒度不同的WC包括WC1、WC2和WC3,WC1的费氏粒度为1-1.4μm,WC2的费氏粒度为0.4-0.6μm,WC3的费氏粒度为0.1-0.3μm,按质量比计,WC1:WC2:WC3=1:(0.2-0.4):(0-0.2)。
5.根据权利要求1所述的混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,在步骤S2中,按质量比计,混合粉体:成型剂:研磨体:球磨介质=1:(0.02-0.03):(4-5):(350-400)。
6.根据权利要求1所述的混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,在步骤S3中,加压成型的压力为500-1000MPa。
7.根据权利要求1所述的混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,在步骤S4中,脱蜡时,真空炉中的真空度为10-15Pa,载气流量为1.5-3.5m3/h,温度为350-600℃,保温时间为2-4h。
8.根据权利要求1所述的混晶硬质合金的制备方法,其特征在于,在步骤S5中,烧结时,真空炉中的真空度为0.01-0.05Pa,温度为1420-1460℃,保温时间为1-1.5h。
9.一种混晶硬质合金,由权利要求1-8任意一项所述的混晶硬质合金的制备方法制得,其特征在于,硬度大于90HRA,抗拉强度大于2500MPa,断裂韧性大于10.8MPa·m1/2。
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