CN115109978A - 一种用于冲钻的耐磨硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于冲钻的耐磨硬质合金材料的制备方法,包括以下步骤:将按照设定重量份数的碳化钛粉、镍粉、钛粉、碳化钨粉、碳粉、锆粉和铬粉混合在一起形成混合粉末;将混合粉末置于球磨设备中进行球磨处理将混合粉末取出;放入真空干燥设备中进行干燥;然后压制成型为初坯,将初坯进行第一次真空烧结;准确石墨稀纳米流体,将第一次烧结物放置于相应的治具中,然后在第一次烧结物表面涂覆上三围稀纳米流体,然后进行第二次烧结得到第二次烧结物;再将第二次烧结物转移到真空密闭容器中进行气相化学沉积处理,使第二次烧结物中渗透入高分子材料;进行第三次烧结,升温到1300‑1450℃,然后保温2小时,然后冷却取出,得到硬质合金材料成品。本发明具有较高的硬度和耐磨性,提升品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金材料,具体地说是一种用于冲钻的耐磨硬质合金材料及其制备方法。
背景技术
硬质合金,由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金广泛用作刀具材料,如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材,也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的温度下也基本保持不变,在1000℃时仍有很高的硬度。
硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性,被誉为“工业牙齿”,用于制造切削工具、刀具、钻具和耐磨零部件,广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。
目前用于冲钻的硬质合金,其耐磨性难以满足越来越高的使用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于冲钻的耐磨硬质合金材料,由以下按照重量份数计的材料组成:
碳化钛粉为75~85份,镍粉6-12份,钛粉6~8份,碳化钨粉5-7 份,碳粉1~2份,锆粉3~6份,铬粉1~3份。
一种用于冲钻的耐磨硬质合金材料的制备方法,包括以下步骤:
将按照设定重量份数的碳化钛粉为75~85份,镍粉6-12份,钛粉6~ 8份,碳化钨粉5-7份,碳粉1~2份,锆粉3~6份,铬粉1~3份混合在一起形成混合粉末;
将混合粉末置于球磨设备中进行球磨处理,固液比为1∶1-3,常温球磨30-42小时,将混合粉末取出;
放入真空干燥设备中进行干燥;
然后压制成型为初坯,将初坯进行第一次真空烧结,从室温升温到 800-900℃,保温1小时,自然冷却室室温后取出第一次烧结物;
准确石墨稀纳米流体,将第一次烧结物放置于相应的治具中,然后在第一次烧结物表面涂覆上三围稀纳米流体,然后进行第二次烧结,升温到 700-850℃,保温1小时,然后冷却到室温,得到第二次烧结物;
再将第二次烧结物转移到真空密闭容器中进行气相化学沉积处理,使第二次烧结物中渗透入高分子材料;
进行第三次烧结,升温到1300-1450℃,然后保温2小时,然后冷却取出,得到硬质合金材料成品。
所述球磨时,添加无水乙醇。
所述碳化钛粉、镍粉、钛、碳化钨粉、碳粉、锆粉、铬粉的纯度均≥99.9%,粒度均为200目。
所述治具选择为高温导电模具,第二次烧结在双轴高压熔渗装置中烧制。
所述进行第三次烧结时,包括以下步骤:
先从室温以7-9℃/min的速率升温到800℃,保温10-12分钟,接着再以5℃/min的速率升温到1300-1500℃,保温5-15分钟,然后在3-6分钟的时间内冷却到60-80℃;然后再从60-80℃以15℃/min的速率升温到 1300-1450℃。
本发明通过多次不同的烧结,以及气相沉积,使石墨稀更好的渗融入坯体中,能够有效地提升整体的韧性,通过多次烧结,也提高了强度和硬度,增加了耐磨性。
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
将按照设定重量份数的碳化钛粉为75份,镍粉6份,钛粉6份,碳化钨粉5份,碳粉1份,锆粉3份,铬粉1份混合在一起形成混合粉末;
将混合粉末置于球磨设备中进行球磨处理,固液比为1∶1,常温球磨42小时,将混合粉末取出。
放入真空干燥设备中进行干燥,真空干燥设备的真空始终保持在 1×10-1Pa,温度保持至70℃,保温干燥8h。
然后压制成型为初坯,将初坯进行第一次真空烧结,从室温升温到 800℃,保温1小时,自然冷却室室温后取出第一次烧结物。
准确石墨稀纳米流体,将第一次烧结物放置于相应的治具中,然后在第一次烧结物表面涂覆上三围稀纳米流体,然后进行第二次烧结,升温到 700℃,保温1小时,然后冷却到室温,得到第二次烧结物。
再将第二次烧结物转移到真空密闭容器中进行气相化学沉积处理,使第二次烧结物中渗透入高分子材料,有利于提升整体的韧性。
进行第三次烧结,升温到1350℃,然后保温2小时,然后冷却取出,得到硬质合金材料成品。具体升温时,采用多段式操作,从室温以7℃/min 的速率升温到800℃,保温12分钟,接着再以5℃/min的速率升温到 1300℃,保温15分钟,然后在3分钟的时间内冷却到60℃,然后再以15℃ /min的速率从60℃升温到1350℃。通过多次烧结,使得材料的拉伸性能得到一定提升,冲击韧性得到显著增强。利用快速冷却,使得晶体结构未能及时发生变化,达到提高材料的强度和硬度目的,可以使得致密性和晶体结构都得到有效提升,确保具有充足的强度和硬度。
所述球磨时,添加无水乙醇。
所述碳化钛粉、镍粉、钛、碳化钨粉、碳粉、锆粉、铬粉的纯度均≥99.9%,粒度均为200目。
所述治具选择为高温导电模具,第二次烧结在双轴高压熔渗装置中烧制,有利于提熔渗性,使石墨稀流体更好的熔入坯体中。
实施例二
将按照设定重量份数的碳化钛粉为80份,镍粉8份,钛粉7份,碳化钨粉6份,碳粉2份,锆粉4份,铬粉2份混合在一起形成混合粉末;
将混合粉末置于球磨设备中进行球磨处理,添加无水乙醇,固液比为 1∶2,即混合粉末与无水乙醇的比例,常温球磨40小时,将混合粉末取出,此时粉末中是夹杂着无水乙醇的。
放入真空干燥设备中进行干燥,真空干燥设备的真空始终保持在 1×10-1Pa,温度保持至70℃,保温干燥8h。
然后压制成型为初坯,将初坯进行第一次真空烧结,从室温升温到 850℃,保温1小时,自然冷却室室温后取出第一次烧结物。
准确石墨稀纳米流体,将第一次烧结物放置于相应的治具中,然后在第一次烧结物表面涂覆上三围稀纳米流体,然后进行第二次烧结,升温到 750℃,保温1小时,然后冷却到室温,得到第二次烧结物。
再将第二次烧结物转移到真空密闭容器中进行气相化学沉积处理,使第二次烧结物中渗透入高分子材料,有利于提升整体的韧性。
进行第三次烧结,升温到1400℃,然后保温2小时,然后冷却取出,得到硬质合金材料成品。具体升温时,采用多段式操作,从室温以8℃/min 的速率升温到800℃,保温10分钟,接着再以5℃/min的速率升温到 1400℃,保温10分钟,然后在4分钟的时间内冷却到70℃,然后再以15℃ /min的速率从70℃升温到1400℃。
实施例三
将按照设定重量份数的碳化钛粉为85份,镍粉12份,钛粉8份,碳化钨粉7份,碳粉2份,锆粉6份,铬粉3份混合在一起形成混合粉末;
将混合粉末置于球磨设备中进行球磨处理,添加无水乙醇,固液比为 1∶3,即混合粉末与无水乙醇的比例,常温球磨40小时,将混合粉末取出,此时粉末中是夹杂着无水乙醇的。
放入真空干燥设备中进行干燥,真空干燥设备的真空始终保持在 1×10-1Pa,温度保持至70℃,保温干燥8h。
然后压制成型为初坯,将初坯进行第一次真空烧结,从室温升温到 850℃,保温1小时,自然冷却室室温后取出第一次烧结物。
准确石墨稀纳米流体,将第一次烧结物放置于相应的治具中,然后在第一次烧结物表面涂覆上三围稀纳米流体,然后进行第二次烧结,升温到 750℃,保温1小时,然后冷却到室温,得到第二次烧结物。
再将第二次烧结物转移到真空密闭容器中进行气相化学沉积处理,使第二次烧结物中渗透入高分子材料,有利于提升整体的韧性。
进行第三次烧结,升温到1450℃,然后保温2小时,然后冷却取出,得到硬质合金材料成品。具体升温时,采用多段式操作,从室温以7℃/min 的速率升温到800℃,保温12分钟,接着再以5℃/min的速率升温到 1400℃,保温5分钟,然后在6分钟的时间内冷却到80℃,然后再以15℃ /min的速率从80℃升温到1450℃。
对比例一
与实施例一对应,不同在于,没有进行石墨稀流体的添加工序。
对比例二
与实施例二对应,不同在于,第三次烧结为一次性升温,没有经过多段式、多次冷却升温。
对比例三
与实施例三对应,不同在于,没有进行气相化学沉积处理。
将实施例和对比例制备的试样进行测试,得到各个性能参数,如下表所示:
由此可见,通过本发明的制备,有效地提升了综合力学性能。
需要说明的是,以上所述并非是对本发明的限定,在不脱离本发明的创造构思的前提下,任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于冲钻的耐磨硬质合金材料,其特征在于,由以下按照重量份数计的材料组成:
碳化钛粉为75~85份,镍粉6-12份,钛粉6~8份,碳化钨粉5-7份,碳粉1~2份,锆粉3~6份,铬粉1~3份。
2.一种用于冲钻的耐磨硬质合金材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将按照设定重量份数的碳化钛粉为75~85份,镍粉6-12份,钛粉6~8份,碳化钨粉5-7份,碳粉1~2份,锆粉3~6份,铬粉1~3份混合在一起形成混合粉末;
将混合粉末置于球磨设备中进行球磨处理,固液比为1∶1-3,常温球磨30-42小时,将混合粉末取出;
放入真空干燥设备中进行干燥;
然后压制成型为初坯,将初坯进行第一次真空烧结,从室温升温到800-900℃,保温1小时,自然冷却室室温后取出第一次烧结物;
准确石墨稀纳米流体,将第一次烧结物放置于相应的治具中,然后在第一次烧结物表面涂覆上三围稀纳米流体,然后进行第二次烧结,升温到700-850℃,保温1小时,然后冷却到室温,得到第二次烧结物;
再将第二次烧结物转移到真空密闭容器中进行气相化学沉积处理,使第二次烧结物中渗透入高分子材料;
进行第三次烧结,升温到1300-1450℃,然后保温2小时,然后冷却取出,得到硬质合金材料成品。
3.根据权利要求2所述的用于冲钻的耐磨硬质合金材料的制备方法,其特征在于,所述球磨时,添加无水乙醇。
4.根据权利要求3所述的用于冲钻的耐磨硬质合金材料的制备方法,其特征在于,所述碳化钛粉、镍粉、钛、碳化钨粉、碳粉、锆粉、铬粉的纯度均≥99.9%,粒度均为200目。
5.根据权利要求4所述的用于冲钻的耐磨硬质合金材料的制备方法,其特征在于,所述治具选择为高温导电模具,第二次烧结在双轴高压熔渗装置中烧制。
6.根据权利要求5所述的用于冲钻的耐磨硬质合金材料的制备方法,其特征在于,所述进行第三次烧结时,包括以下步骤:
先从室温以7-9℃/min的速率升温到800℃,保温10-12分钟,接着再以5℃/min的速率升温到1300-1500℃,保温5-15分钟,然后在3-6分钟的时间内冷却到60-80℃;然后再从60-80℃以15℃/min的速率升温到1300-1450℃。
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