CN115125425A - 一种面向金属加工的硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向金属加工的硬质合金材料及其制备方法，将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉按照设定的重量份数混合放于球磨设备中球磨，过滤，真空干燥，得到碳化钨混合粉末；将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合球磨处理，过滤，真空干燥，得到混合料粉；将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理；将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起，再次放入球磨设备中球磨，经过滤、干燥、掺成型剂、压制成型、烧结，得到脱除成型剂的硬质合金材。本发明具有较佳的耐磨性，高硬度，能够适用于各类型金属的加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金材料，具体地说是一种面向金属加工的硬质合金材料及其制备方法。
背景技术
有色金属又称非铁金属，是属铁、锰、铬以外所有金属的统称。此类金属在加工时，易产生加工硬化，被加工性不好，采用传统的白钢刀及钨钢刀具，加工表面毛糙、表面塑性变形不均、有毛刺等造成被加工性不好。有色金属这类易产生加工硬化的材料，加工表面质量差，材料热传导率差，加工时表面温度高，易引起塑性变形，使组织结构及其性能发生变化。另外有色金属材料的展延性好，展延性(展性指材料可变薄的性能，延性为材料可变细拔长的性能)好的材料切削时，材料易粘接熔接在刀具上，粘接物、熔接物在持续的切削相对运动中被带走，在带走的过程中将与之连在一起的部分刀具材料也带走，造成粘接、熔接磨损或者粘接、熔接物受到冲击。粘接物、熔接物被冲落过程中带去部分刀具材料，造成粘接熔接缺损、破损。加工中难以控制切屑，也不利切屑良好处理。为了具备良好被切削性顺利切削各种工件材料，必须首先选择相应合适的刀具材料。
硬质合金材料具有良好的硬度、刚性等特点，可以用于对很多类型的金属进行加工。如何选择一种性能合适的硬质合金材料，适用于各类金属加工，以满足加工过程中的性能要求，则成为一种较难的选择。
目前硬质合金在烧结过程中，部分是一次性升温到设定温度后保温，然后冷却；或者是多次不同速率的升温方式。一次性升温为一段式加热方式，相较于多段多加热形成的硬质合金材料的致密性结构会略差，从而会影响到整体的硬度、断裂韧性、抗弯强度等。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供以下技术方案：
一种面向金属加工的硬质合金材料，包括以下按照重量份数计的材料：
碳化钨70-80份，碳化钛4-8份，碳化钽4-6份，碳化铌2-4份，碳化铬0.3-0.8份，纳米铁镍钴合金粉20-35份。
一种面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉按照设定的重量份数混合放于球磨设备中球磨，过滤，真空干燥，得到碳化钨混合粉末；
将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合球磨处理，过滤，真空干燥，得到混合料粉；
将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理；
将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起，再次放入球磨设备中球磨，经过滤、干燥、掺成型剂、压制成型、烧结，得到脱除成型剂的硬质合金材。
所述碳化钨和纳米铁镍钴合金粉的真空干燥，具体为：将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持20-30分钟，然后将密封的箱体直接放入冰水中进行快速冷却，在1-3分钟将温度降至20-30℃，取出得到碳化钨混合粉末。
所述碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合后进行真空干燥，具体为：将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持20-30分钟，然后将密封的箱体进行冷却，在1-3分钟将温度降至20-30℃，取出得到混合料粉。
所述将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起后进行烧结的过程，首先以8℃/min的速率升温至650℃，在650-850℃阶段以1℃/min 升温，升温到850℃后保温10-20分钟，然后取出进行风冷处理，在10-20 分钟内降温到100-150℃；然后再进行烧结，以15℃/min的速率升温到 850℃，接着以5℃/min的速率升温至1150-1220℃，并在此温度保温90-130min；最后以3℃/min的速率升温至1350-1450℃，保温30-50min。
所述将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理，具体为：置于1.2kw的超声震荡仪中，分散介质为无水乙醇，所用乙醇的纯度≥99.5％，分散时间为30-50min。
所述成型剂为SBS橡胶或石蜡。
本发明一方面采用碳化钨和纳米铁镍钴合金粉的结合，能够实现产品的更高强度，提高抗冲击性能；
通过对烧结过程的改进，利用升温和快速冷却的结合，有效改善致密性结构组织，进一步提升硬度和耐磨性，能够用于各类型金属的加工，用于制备刀具、外头等器具。
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
一种面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份数计，将碳化钨70份和纳米铁镍钴合金粉20份混合放于球磨设备中球磨，过滤，真空干燥，得到碳化钨混合粉末。将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持20分钟，然后将密封的箱体直接放入冰水中进行快速冷却，用3分钟时间将温度降至20℃，取出得到碳化钨混合粉末。通过快速冷却，可以有效的提升碳化钨混合粉末致密性结构，能够提升材料的硬度。
将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合球磨处理，过滤，真空干燥，得到混合料粉。将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持20分钟，然后将密封的箱体进行冷却，在3分钟将温度降至20℃，取出得到混合料粉。通过快速冷却，可以有效的提升碳化钨混合粉末致密性结构，能够提升材料的硬度。
将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理，置于1.2kw 的超声震荡仪中，分散介质为无水乙醇，所用乙醇的纯度≥99.5％，分散时间为30min，将碳化钨混合粉末、混合料粉充分的混合，并且分散。
将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起，再次放入球磨设备中球磨，经过滤、干燥、掺成型剂、压制成型、烧结，得到脱除成型剂的硬质合金材。
在烧结过程中，首先以8℃/min的速率升温至650℃，然后以1℃/min 升温到850℃，保温10分钟，然后取出进行风冷处理，在10分钟内降温到150℃，通过先进行一个初步的升温，然后冷却，这样就使得混合后的粉末物料可以得到一个组织结构致密性的提升。然后再进行烧结，以15℃ /min的速率快速升温到850℃，接着以5℃/min的速率升温至1150℃，并在此温度保温130min；最后以3℃/min的速率升温至1350℃，保温50min。通过多段式烧结，可以确保各个材料的充分融合，结合在一起，形成具有较高硬度的硬质合金材料。
对比例1
该对比例1与实施例1相对应，不同在于，没有添加纳米铁镍钴合金粉，此外在烧结过程中，直接以一个恒定的速率加热升温到1350℃，并保温50分钟。
实施例2
一种面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份数计，将碳化钨75份和纳米铁镍钴合金粉25份混合放于球磨设备中球磨，过滤，真空干燥，得到碳化钨混合粉末。将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持25分钟，然后将密封的箱体直接放入冰水中进行快速冷却，用2分钟时间将温度降至25℃，取出得到碳化钨混合粉末。通过快速冷却，可以有效的提升碳化钨混合粉末致密性结构，能够提升材料的硬度。
将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合球磨处理，过滤，真空干燥，得到混合料粉。将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持25分钟，然后将密封的箱体进行冷却，在2分钟将温度降至25℃，取出得到混合料粉。通过快速冷却，可以有效的提升碳化钨混合粉末致密性结构，能够提升材料的硬度。
将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理，置于1.2kw 的超声震荡仪中，分散介质为无水乙醇，所用乙醇的纯度≥99.5％，分散时间为40min，将碳化钨混合粉末、混合料粉充分的混合，并且分散。
将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起，再次放入球磨设备中球磨，经过滤、干燥、掺成型剂、压制成型、烧结，得到脱除成型剂的硬质合金材。
在烧结过程中，首先以8℃/min的速率升温至650℃，然后以1℃/min 升温到850℃，保温15分钟，然后取出进行风冷处理，在15分钟内降温到120℃，通过先进行一个初步的升温，然后冷却，这样就使得混合后的粉末物料可以得到一个组织结构致密性的提升。然后再进行烧结，以15℃ /min的速率快速升温到850℃，接着以5℃/min的速率升温至1200℃，并在此温度保温100min；最后以3℃/min的速率升温至1400℃，保温40min。通过多段式烧结，可以确保各个材料的充分融合，结合在一起，形成具有较高硬度的硬质合金材料。
对比例2
与实施例2对应，区别在于：一次性将所有的碳化钨、纳米铁镍钴合金粉、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合在一起，只经过一次真空干燥。然后在烧结过程中，以一个恒定的速率加热升温到1400℃，并保温 40分钟。
实施例3
一种面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
按照重量份数计，将碳化钨80份和纳米铁镍钴合金粉30份混合放于球磨设备中球磨，过滤，真空干燥，得到碳化钨混合粉末。将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持30分钟，然后将密封的箱体直接放入冰水中进行快速冷却，用1分钟时间将温度降至30℃，取出得到碳化钨混合粉末。通过快速冷却，可以有效的提升碳化钨混合粉末致密性结构，能够提升材料的硬度。
将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合球磨处理，过滤，真空干燥，得到混合料粉。将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持20分钟，然后将密封的箱体进行冷却，在1分钟将温度降至30℃，取出得到混合料粉。通过快速冷却，可以有效的提升碳化钨混合粉末致密性结构，能够提升材料的硬度。
将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理，置于1.2kw 的超声震荡仪中，分散介质为无水乙醇，所用乙醇的纯度≥99.5％，分散时间为30min，将碳化钨混合粉末、混合料粉充分的混合，并且分散。
将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起，再次放入球磨设备中球磨，经过滤、干燥、掺成型剂、压制成型、烧结，得到脱除成型剂的硬质合金材。
在烧结过程中，首先以8℃/min的速率升温至650℃，然后以1℃/min 升温到850℃，保温15分钟，然后取出进行风冷处理，在20分钟内降温到100℃，通过先进行一个初步的升温，然后冷却，这样就使得混合后的粉末物料可以得到一个组织结构致密性的提升。然后再进行烧结，以15℃ /min的速率快速升温到850℃，接着以5℃/min的速率升温至1220℃，并在此温度保温90min；最后以3℃/min的速率升温至1450℃，保温30min。通过多段式烧结，可以确保各个材料的充分融合，结合在一起，形成具有较高硬度的硬质合金材料。
对比例3
与实施例3相对应，区别在于：所采用的组分相同，但是在烧结过程中，没有经过冷却，而是直接升温到最高温。首先以8℃/min的速率升温至650℃，然后以1℃/min升温到850℃，保温15分钟，接着以5℃/min 的速率升温至1220℃，并在此温度保温90min；最后以3℃/min的速率升温至1450℃，保温30min。通过多段式烧结，可以确保各个材料的充分融合，结合在一起，形成具有较高硬度的硬质合金材料。
通过下表进行实施例和对比例的比较。
由此可看出，通过本发明中的制备方式，以及相应组分的用量比例，能够有效的提升硬质合金材料的抗弯强度、硬度和断裂韧性，从而能够适用于各类型金属的加工。
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 (7)
1.一种面向金属加工的硬质合金材料，其特征在于，包括以下按照重量份数计的材料：
碳化钨70-80份，碳化钛4-8份，碳化钽4-6份，碳化铌2-4份，碳化铬0.3-0.8份，纳米铁镍钴合金粉20-35份。
2.一种根据权利要求1所述的面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉按照设定的重量份数混合放于球磨设备中球磨，过滤，真空干燥，得到碳化钨混合粉末；
将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合球磨处理，过滤，真空干燥，得到混合料粉；
将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理；
将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起，再次放入球磨设备中球磨，经过滤、干燥、掺成型剂、压制成型、烧结，得到脱除成型剂的硬质合金材。
3.根据权利要求2所述的面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述碳化钨和纳米铁镍钴合金粉的真空干燥，具体为：将碳化钨和纳米铁镍钴合金粉放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持20-30分钟，然后将密封的箱体直接放入冰水中进行快速冷却，在1-3分钟将温度降至20-30℃，取出得到碳化钨混合粉末。
4.根据权利要求3所述的面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬混合后进行真空干燥，具体为：将碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬放入密封的箱体中，放入真空干燥设备进行真空干燥，从室温以5℃/min的速率升温到80℃，保持20-30分钟，然后将密封的箱体进行冷却，在1-3分钟将温度降至20-30℃，取出得到混合料粉。
5.根据权利要求4所述的面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述将分散后的碳化钨混合粉末、混合料粉混合在一起后进行烧结的过程，首先以8℃/min的速率升温至650℃，在650-850℃阶段以1℃/min升温，升温到850℃后保温10-20分钟，然后取出进行风冷处理，在10-20分钟内降温到100-150℃；然后再进行烧结，以15℃/min的速率升温到850℃，接着以5℃/min的速率升温至1150-1220℃，并在此温度保温90-130min；最后以3℃/min的速率升温至1350-1450℃，保温30-50min。
6.根据权利要求5所述的面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述将碳化钨混合粉末、混合料粉分别进行超声震荡分散处理，具体为：置于1.2kw的超声震荡仪中，分散介质为无水乙醇，所用乙醇的纯度≥99.5％，分散时间为30-50min。
7.根据权利要求6所述的面向金属加工的硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述成型剂为SBS橡胶或石蜡。
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