CN115849380A - 一种铸造碳化钨粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铸造碳化钨粉末及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将钨粉和碳粉混合后进行球磨，制得混合料，将混合料进行碳化制成合金块料；对合金块料进行破碎、筛分，获得合金粉料；在保护气氛下，使合金粉料自上而下依次经过多级悬网分装置、高温加热装置和冷却装置，最后，收集冷却后的粉料即可。该碳化钨粉末具有羽状共晶组织含量高，硬度大的优点，该制备方法可有效解决现有的制备方法存在的劳动负荷大、制造成本高、产品质量受人为影响大的问题。
Description
技术领域
本发明属于碳化钨材料技术领域，具体涉及一种铸造碳化钨粉末及其制备方法。
背景技术
铸造碳化钨是一种传统的表面耐磨材料，一种高硬度，高耐磨性的产品；目前产品显微硬度(HV0.1)为1800-2200kg/mm2；共晶组织含量一般在70-85％；其生产原理是采用钨粉和碳化钨粉按比例混合后，通过熔炼、结晶；形成特定的WC·W2C共晶组织。目前国内外制备铸造碳化钨的方法一般采用配料球磨、熔炼、破碎筛分工艺流程。其中熔炼工序需要把原料粉末钨粉和碳化钨粉完全熔化成液态，再冷却结晶完成产品组织结构成型；熔炼工艺温度在2800-3300℃。传统工艺采用电阻式加热炉熔炼，发热体为石墨管。因工作温度高，石墨发热管灰化严重，过程消耗非常快，设备需要经常性、阶段性维护；生产为断续模式，产能较低。同时，因为合金块高硬度特性，后期破碎机锤头材料可选择性不强，锤头采用铸铁制备，连同破碎机基体均容易破损。工艺过程设计处于劳动负荷大，工作环境较为恶劣的状态。
共晶组织含量为铸造碳化钨的固有组织结构，产品的组织结构在快速冷却中大量形核产生；冷却速度越快，形核越多，共晶组织含量就越高，产品硬度、耐磨性等性能越优良。而现有技术中方法将全部原料熔融后进行冷却结晶，由于熔融产品体积庞大，冷结晶过程中冷却降温速度有限，使得产生的共晶组织数量有限。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种铸造碳化钨粉末及其制备方法，该碳化钨粉末具有羽状共晶组织含量高，硬度大的优点，该制备方法可有效解决现有的制备方法存在的劳动负荷大、制造成本高、产品质量受人为影响大的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铸造碳化钨粉末的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钨粉和碳粉混合后进行球磨，制得混合料，将混合料进行碳化制成合金块料；
(2)对合金块料进行破碎、筛分，获得合金粉料；
(3)在保护气氛下，使合金粉料自上而下依次经过多级悬网分装置、高温加热装置和冷却装置，最后，收集冷却后的粉料即可。
进一步地，步骤(1)中混合料中碳含量为3.0-4.1wt％。
进一步地，步骤(1)中将混合料置于石墨管电热炉中进行碳化，碳化温度为1600-2300℃。
进一步地，步骤(1)中合金块料中总碳含量为3.5-4.2wt％。
进一步地，步骤(2)中合金粉料的粒径小于60目。
进一步地，步骤(2)中合金粉料的粒径分别为：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目。
进一步地，步骤(3)中合金粉料经过多级悬网分装置以后以单颗粒形式进入高温加热装置内。
进一步地，步骤(3)高温加热装置为立式中频感应炉，其加热腔的高度为500-1000mm，加热温度为2526-2650℃。
一种铸造碳化钨粉末，采用上述方法制得。
进一步地，铸造碳化钨粉末的共晶组织含量为90-98％，显微硬度为2400-3000kg/mm2。
本发明所产生的有益效果为：
1、本申请中经碳化、破碎后的合金粉料在多级悬网分装置的分散作用下，使得合金粉料以单颗粒的形式落入高温加热装置内，在高温加热装置内，由于事先降低了颗粒体积与颗粒表面积的比值，使得颗粒悬浮在高温加热装置过程中，可迅速吸热熔融达到重结晶温度，但是不熔化，保持了原有的颗粒形态，熔融的颗粒在重力作用下进入冷却装置内，由于颗粒体积与颗粒表面积的比值较小，颗粒可迅速降温，降温过程中颗粒内部重结晶，形成羽状共晶组织，该过程中羽状共晶组织的形成量更高，进而使得铸造碳化钨粉末的硬度以及耐磨性得到提升。
2、本申请中，先在1600-2300℃的低温环境下将混合料进行碳化处理，碳化后对合金块料进行破碎，将破碎过程前置，破碎时合金块料内部无羽状共晶组织产生，此时合金块料的结合强度较低，破碎难度较低，破碎后产品的形貌可控，破碎过程中对设备的消耗更少；为使二次加热熔融过程更均匀和容易分散，将合金粉料制备成不同粒径；然后将破碎后的合金粉末置于2526-2650℃低温条件下熔融，由于合金粉末的体积较小，熔融过程中对温度的要求更低，在2526-2650℃低温条件下即可制成铸造碳化钨粉末，该制备过程中的最高工艺温度远远低于现有技术中的3300℃，从整体上降低了制备过程的最高温度，降低了对设备的消耗，进而降低了生产成本。
3、本申请中制得的铸造碳化钨产品为不规则的颗粒状，其羽状共晶组织含量高达90-98％，显微硬度(HV0.1)为2400-3000kg/mm2。
附图说明
图1为传统工艺与本申请工艺流程图；
图2为多级悬网分散装置的结构示意图；
图3为多级悬网分散装置、立式中频感应炉和冷却装置连接结构示意图；
图4为本申请中的铸造碳化钨粉末的金相和形貌照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本申请中合金粉料在二次加热过程中，采用半自动化的装置进行，装置自上而下包括多级悬网分散装置、立式中频感应炉和冷却装置，三者均具有内腔，且三者的内腔之间相互连通，其中多级悬网分装置为筒状结构，其内部自上而下设置有至少3层筛网，筛网之间相互平行，多层筛网的孔径相等，使用时，合金粉料在重力作用下落时，经过多层筛网的分散作用以单颗粒的形式进入立式中频感应炉的加热腔内，加热腔的高度为500-1000mm；在加热腔高温作用下熔融但不完全融化，然后在重力作用下落入冷却装置的冷却腔内，冷却腔内温度≤65℃，冷却腔的高度大于2m，冷却后结晶成型；其中，立式中频感应炉和冷却装置均为现有装置，使用时，将多级悬网分散装置、立式中频感应炉和冷却装置之间通过连接件进行固定即可。
实施例1
一种铸造碳化钨粉末，其制备方法包括以下步骤：
(1)将钨粉和碳黑粉混合后进行球磨，制得混合料，混合料中碳含量为3.2wt％，将混合料送入石墨管电热炉中进行碳化，碳化温度为1600℃，制成合金块料，合金块料中总碳含量为4.0wt％；
(2)采用锤击式破碎机对合金块料进行多级破碎、多级筛分，获得合金粉料，为使二次加热熔融过程更均匀和容易分散，将合金粉料制备成不同粒径，合金粉料的粒径分别为：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目；
(3)在氮气保护气氛下，选择-60～+80目的合金粉料以25kg/h的送料量自上而下依次经过多级悬网分装置进行分散，然后单颗粒状态的粉料在重力作用下进入温度为2640℃、加热腔的高度为1000mm的立式中频感应炉内，在高温作用下熔融但不熔化，随后在重力作用下进入冷却腔的高度为2m的冷却装置内冷却结晶成型，最后，收集冷却后的粉料即可。
实施例2
一种铸造碳化钨粉末，其制备方法包括以下步骤：
(1)将钨粉和碳粉混合后进行球磨，制得混合料，混合料中碳含量为4.1wt％，将混合料送入石墨管电热炉中进行碳化，碳化温度为2300℃，制成合金块料，合金块料中总碳含量为4.2wt％；
(2)采用锤击式破碎机对合金块料进行多级破碎、多级筛分，获得合金粉料，合金粉料的粒径分别为：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目；
(3)在氮气保护气氛下，选择-120～+170目的合金粉料以35kg/h的送料量自上而下依次经过多级悬网分装置进行分散，然后单颗粒状态的粉料在重力作用下进入温度为2600℃、加热腔的高度为700mm的立式中频感应炉内，在高温作用下熔融但不熔化，随后在重力作用下进入冷却腔的高度为2m的冷却装置内冷却结晶成型，最后，收集冷却后的粉料即可。
实施例3
一种铸造碳化钨粉末，其制备方法包括以下步骤：
(1)将钨粉和碳粉混合后进行球磨，制得混合料，混合料中碳含量为3.6wt％，将混合料送入石墨管电热炉中进行碳化，碳化温度为1900℃，制成合金块料，合金块料中总碳含量为3.9wt％；
(2)采用锤击式破碎机对合金块料进行多级破碎、多级筛分，获得合金粉料，合金粉料的粒径分别为：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目；
(3)在氮气保护气氛下，选择-170～+325目的合金粉料以23kg/h的送料量自上而下依次经过多级悬网分装置进行分散，然后单颗粒状态的粉料在重力作用下进入温度为2540℃、加热腔的高度为600mm的的立式中频感应炉内，在高温作用下熔融但不熔化，随后在重力作用下进入冷却腔的高度为2m的冷却装置内冷却结晶成型，最后，收集冷却后的粉料即可。
对比例1
一种铸造碳化钨粉末，其制备方法包括以下步骤：
(1)将钨粉和碳化粉混合后进行球磨，制得混合料，混合料中碳含量为3.2wt％；
(2)将混合料置于3300℃环境下进行高温熔融，冷却制得铸造碳化钨块料；
(3)采用破碎机将铸造碳化钨块料破碎，并进行筛分，收集粉料，制得。
试验例
分别对实施例1-3以及对比例1中制得的铸造碳化钨粉末的硬度以及羽状组织进行测试，羽状组织的测试取粉末样品采用金相热镶机(型号：Struers CitoPress-1)和金相磨抛机(型号：Struers Tegramin-30)完成制样后，样品再通过20％的铁氰化钾和20％的氢氧化钾(或氢氧化钠)的等体积混合水溶液，用棉球擦蚀磨面，然后在金相显微镜(型号：DMI5000M)下观察，并进行统计后计算得出。
显微硬度的测试采用维氏硬度计(型号：FUTURE-TECH FM-700)对金相制备的样块(未腐蚀前)进行测试。具体测试结构见表1。
表1铸造碳化钨粉末硬度及羽状组织
| HV0.1(kg/mm<sup>2</sup>) | 羽状组织含量(％) | |
| 实施例1 | 2788 | 96.5 |
| 实施例2 | 2841 | 97.7 |
| 实施例3 | 2980 | 98.0 |
| 对比例1 | 2134 | 79.4 |
通过上表中的数据可以看出，采用本申请中的方法制得的铸造碳化钨粉末的硬度以及羽状组织含量均高于对比例1中的产品，证明本申请中的方法制得的产品质量更优，而且，通过制备过程也可以看出，本申请中的制备方法对于设备的损耗更小，温度要求更低，操作过程中工作人员的负荷更小。
Claims (10)
1.一种铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将钨粉和碳粉混合后进行球磨，制得混合料，将混合料进行碳化制成合金块料；
(2)对合金块料进行破碎、筛分，获得合金粉料；
(3)在保护气氛下，使合金粉料自上而下依次经过多级悬网分装置、高温加热装置和冷却装置，最后，收集冷却后的粉料即可。
2.如权利要求1所述的铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合料中碳含量为3.0-4.1wt％。
3.如权利要求1所述的铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将混合料置于石墨管电热炉中进行碳化，碳化温度为1600-2300℃。
4.如权利要求1所述的铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中合金块料中总碳含量为3.5-4.2wt％。
5.如权利要求1所述的铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，步骤(2)中合金粉料的粒径小于60目。
6.如权利要求1所述的铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，步骤(2)中合金粉料的粒径分别为：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目。
7.如权利要求1所述的铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，步骤(3)中合金粉料经过多级悬网分装置以后以单颗粒形式进入高温加热装置内。
8.如权利要求1或7所述的铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，步骤(3)高温加热装置为立式中频感应炉，其加热腔的高度为500-1000mm，加热温度为2526-2650℃。
9.一种铸造碳化钨粉末，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述方法制得。
10.如权利要求9所述的铸造碳化钨粉末，其特征在于，所述铸造碳化钨粉末的共晶组织含量为90-98％，显微硬度为2400-3000kg/mm2。
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| GR01 | Patent grant | ||
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