專利名稱：用廢硬質(zhì)合金破碎料生產(chǎn)高鈷、大尺寸硬質(zhì)合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域中生產(chǎn)高鈷(Co)含量及大尺寸硬質(zhì)合金的方法，特別是一種采用廢硬質(zhì)合金回收處理后的破碎粉料為主要原料，生產(chǎn)高鈷含量、大尺寸(包括薄片類)硬質(zhì)合金的方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝中，合金的粘結(jié)劑主要采用純Co(或Co+Ni)粉，在燒結(jié)過程中W、C原子向Co中擴(kuò)散固溶而形成γ相的共晶體，為了加快W、C原子通過固相擴(kuò)形成共晶成分往往需提高燒結(jié)溫度、即將燒結(jié)溫度至少提高到超過共晶溫度100℃以上，這種通過提高燒結(jié)溫度來加快液相形成的同時(shí)、又容易產(chǎn)生粗大的WC合金組織，顯著降低硬質(zhì)合金強(qiáng)度等性能；優(yōu)其是在生產(chǎn)高Co和大尺寸硬質(zhì)合金制品時(shí)，由于在燒過程中坯體芯部與表面存在一定的溫度差、加之Co隨著WC的溶入其熔點(diǎn)降低，而末溶入部分Co的溶點(diǎn)仍較高，因而造成沿坯體溫度梯度方向以及WC溶入Co與未溶入Co的各部分產(chǎn)生液相的溫度時(shí)間和數(shù)量的一致性差，導(dǎo)致坯體收縮不均勻，制品形變大，特別是當(dāng)Co含量超過合金成份的10wt％時(shí)，其形變尤為明顯，甚致根本不能獲得產(chǎn)品；此外，在燒結(jié)過程中W、C原子向Co相中溶解—析出時(shí)只能以非均勻形核的方式在晶粒的WC表面再析出，這種典型的溶解—析出機(jī)制亦促使WC晶粒長(zhǎng)大，造成合金組織的均勻性差，影響合金制品的性能。為了克服軋輥、模具類大尺寸制品燒結(jié)中的形變和孔隙度高等問題，常規(guī)采用壓力燒結(jié)或等靜壓燒結(jié)方式，來達(dá)到目的，但卻存在壓力燒結(jié)爐等設(shè)備昂貴且生產(chǎn)率卻較低，制品生產(chǎn)成本高等弊?。欢谏暾?qǐng)?zhí)枮?8808877.0，發(fā)明名稱為《制備超細(xì)碳化鎢鈷合金的方法》的專利文獻(xiàn)中公開了一種Co含量為6～24wt％并添加總量低于1.0wt％的晶粒長(zhǎng)大抑制劑VC和/或Cr3C2以使WC、Co及VC和/或Cr3C2通過碳熱還原反生產(chǎn)PCB(印刷電路板)等加工用工具及拉刀等機(jī)加工工具。采用該技術(shù)雖然可生產(chǎn)具有超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金刀具，但由于在合金成份中加入了VC和/或Cr3C2，從而大大降低了合金制品的抗彎強(qiáng)度和耐沖擊性，若用于生產(chǎn)諸如軋輥等大尺寸的制品、使用中易發(fā)生爆輥事故。此外，目前生產(chǎn)厚度較小而直徑(或面積)較大的薄片類高鈷硬質(zhì)合金、均是采用先燒結(jié)成厚度較大的片體，然后再將其磨成薄片的生產(chǎn)方法，以克服其形變。因此，上述背景技術(shù)存在或設(shè)備投資昂貴、生產(chǎn)率低，或制品變形大、抗彎強(qiáng)度和耐沖擊性差，使用過程度易發(fā)生爆輥事故；且均不能用于直接生產(chǎn)薄片類高鈷硬質(zhì)合金制品以及需采用純W、Co作原料、生產(chǎn)成本高、耗費(fèi)天然W、Co資源等弊病。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的弊病，研究設(shè)計(jì)一種用廢硬質(zhì)合金破碎料生產(chǎn)高鈷、大尺寸硬質(zhì)合金的方法，以達(dá)到節(jié)省天然W、Co資源、充分利用再生資源、生產(chǎn)高品質(zhì)的高鈷、大尺寸類(包括薄片類)硬質(zhì)合金制品、降低設(shè)備投資、提高生產(chǎn)率，有效降低生產(chǎn)成本等目的。
本發(fā)明的解決方案是采用回收處理后符合工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的含Co(或Co+Ni)的廢硬質(zhì)合金破碎料為原料，首先采用部分破碎料按所需Co或Co+Ni的含量補(bǔ)加Co粉制成共晶成份的Co基合金粉，再將該合金粉與廢硬質(zhì)合金破粹料經(jīng)濕磨配料、壓坯、燒結(jié)從而制得最終產(chǎn)品。因此，本發(fā)明包括A配料制Co基合金混合料將廢硬質(zhì)合金破碎料送入球磨機(jī)內(nèi)，根據(jù)粉料中WC及Co或Co+Ni的含量加入Co粉將成份配成含WC 16～30wt％、余量為Co或Co+Ni的粉料，濕磨混合16～48小時(shí)后，送入干燥裝置干燥至含水率0.5～1.0％，得Co基合金混合粉料；B霧化制粉將上述混合粉料置于熔融爐內(nèi)，在1300～1400℃溫度及惰性氣體保護(hù)下將其熔至熔融態(tài)后、送入霧化制粉機(jī)內(nèi)制成粒度為-60～-160目的粉料；C粉碎將由B所得粉料送入球磨機(jī)內(nèi)濕磨48～72小時(shí)至粒度為-300～-600目后，再將濕磨混合料送入干燥裝置內(nèi)干燥至含水率0.5～1.0％，得Co基合金粉；D濕磨配料將廢硬質(zhì)合金破碎料送入球磨機(jī)內(nèi)，根據(jù)粉料中WC及Co或Co+Ni的含量、并按最終制品中Co或Co+Ni含量為10～28wt％的要求加入經(jīng)C制得的Co基合金粉，濕磨混合24～72小時(shí)，得濕磨混合料；E壓坯將上述混合料干燥、摻膠混合均勻后，壓制成制品坯件；F燒結(jié)將壓坯送入燒結(jié)爐內(nèi)，在真空或氫氣保護(hù)及1360～1500℃溫度下燒結(jié)6～12小時(shí)，隨爐冷卻即得目的產(chǎn)品。
上述干燥裝置為蒸汽或真空干燥裝置，其干燥溫度為90～120℃。而霧化制粉的氣流速度≥332m/秒，物料流直徑φ6～10mm。所述壓制成制品坯件為軋輥、模具類及直徑≥φ50mm，而厚度為0.5～3.0mm的薄片類制品的坯件。
本發(fā)明由于首先采用硬質(zhì)合金破碎料與足量的鈷通過熔煉、噴霧法制粉、濕磨粉碎制成粒度為1.0μm左右的Co基合金粉，然后再采用該合金粉與硬質(zhì)合金破碎料互配生產(chǎn)軋輥、模具類大尺寸及薄片類硬質(zhì)合金制品。由于粉料中的Co預(yù)先溶入了WC并生成共晶成分的Co基合金粉，在燒結(jié)過程中形成液相的溫度相同，在共晶成分的熔點(diǎn)附近迅速生成液相、完成燒結(jié)，其一，克服了背景技術(shù)由于在燒結(jié)過程中WC溶入Co的時(shí)間、數(shù)量的差異、使燒結(jié)體各部分產(chǎn)生液相的時(shí)間和數(shù)量不相同，從而導(dǎo)致坯體收縮不均勻、變形大、微孔多、甚致不能獲得成品，特別是不能用于直接生產(chǎn)薄片類制品等弊??；其二，由于在燒結(jié)過程中WC幾乎不再向液相擴(kuò)散溶解，可有效防止因不均勻的溶解再析出使WC顆粒異常長(zhǎng)大；其三，采用回收處理后的硬質(zhì)合金破碎料代替純W及部分Co作原料，不但有效地保護(hù)了W、Co天然資源，促進(jìn)其循環(huán)利用，而且可使制品的生產(chǎn)成本下降20％左右。因而本發(fā)明用于生產(chǎn)高鈷、大尺寸及薄片形制品具有變形小、孔隙度低，抗彎強(qiáng)度可提高8.5～13.0％，HRA硬度可提高0.5～1.0度，生產(chǎn)成本低并可有效節(jié)約W、Co自然資源、促進(jìn)其循環(huán)利用等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例以生產(chǎn)直徑為φ450mm，厚為75mm，其中Co含量為20.0wt％的軋輥為例A、配制Co基合金混合料將Co含量為6.0wt％的亞晶粒硬質(zhì)合金破碎料26.6kg及平均粒度為1.2μm的純Co粉73.4kg置于球磨機(jī)內(nèi)，濕磨混合24小時(shí)后干燥至含水率0.5～1.0％，得含WC25wt％的Co基混合粉料；B、霧化制粉；將所得混合粉料置于電熔爐內(nèi)，在N2保護(hù)及1380℃溫度下加熱至熔融狀態(tài)后迅速送入霧化機(jī)內(nèi)，在氣流速度400m/秒，氣流壓力32MPa，物料流直徑φ8mm條件下霧化制成粒度為-120目的合金粉料；C、粉碎將合金粉料濕磨粉碎64小時(shí)后送入真空干燥機(jī)內(nèi)，在100℃溫度下干燥至含水率0.5～1.0％，得粒度為-500目，WC含量為25wt％的Co基合金粉料100kg，分批待用；D、濕磨配料取所得Co基合金粉20.3kg，連同Co含量為6.0wt％的廢硬質(zhì)合金破碎料79.7kg一并送入球磨機(jī)內(nèi)濕磨混合60小時(shí)，得濕磨混合料；E、壓坯首先將由D所得濕磨混合料送入真空干燥箱內(nèi)，在100℃溫度下干燥至含水率0.5～1.0％后，加入濃度為11.5wt％的橡膠溶液，混合均勻后壓制成軋輥環(huán)坯件；F、燒結(jié)將壓制成的軋輥環(huán)坯件送入真空燒結(jié)爐內(nèi)在1450℃溫度下燒結(jié)8小時(shí)，隨爐冷卻后得直徑φ450mm、厚75mm、Co含量為20wt％硬質(zhì)合金軋輥環(huán)制品。
經(jīng)檢測(cè)WC晶粒度為1.6μm，抗彎強(qiáng)度為2500N/mm2，硬度為HRA84.7。
實(shí)施例2以生產(chǎn)直徑為φ110mm、內(nèi)孔中φ22.0mm、厚為1.5mm、其中Co+Ni含量為15.0wt％的整體式硬質(zhì)合金鋸片銑刀為例；配制Co基合金混合料、霧化制粉及粉碎工序及參數(shù)均與實(shí)施例1.相同；D、溫磨配料將由實(shí)施例1.中C工序所得Co基合金粉料9.8kg及Co+Ni含量為8.5wt％的廢硬質(zhì)合金破碎料90.0kg送入球磨機(jī)內(nèi)濕磨48小時(shí)，所得濕磨混合料再經(jīng)與實(shí)施例1.相同的方式干燥、摻膠混合后，壓制成鋸片銑刀坯件；然后送入真空燒結(jié)爐內(nèi)，在1420℃溫度下燒結(jié)10小時(shí)，隨爐冷卻后即得Co+Ni含量為15wt％的整體式硬質(zhì)合金鋸片銑刀。
經(jīng)檢測(cè)WC晶粒度為1.6μm，硬度為HRA87.5抗彎強(qiáng)度為2700N/mm2。
權(quán)利要求
1.一種用廢硬質(zhì)合金破碎料生產(chǎn)高鈷、大尺寸硬質(zhì)合金的方法，該方法包括A、配件Co基合金混合料將廢硬質(zhì)合金破碎料送入球磨機(jī)內(nèi)、根據(jù)粉料中WC及Co或Co+Ni的含量加入Co粉將成份配成含WC 16～30wt％，余量為Co或Co+Ni的粉料，濕磨混合16～48小時(shí)后，送入干燥裝置干燥至含水率0.5～1.0％，得Co基合金混合粉料；B、霧化制粉將上述混合粉料置于熔融爐內(nèi)，在1300～1400℃溫度及惰性氣體保護(hù)下將其熔至熔融態(tài)后送入霧化機(jī)制粉機(jī)內(nèi)制成粒度為-60～-160目的粉料；C、粉碎將由B所得粉料送入球磨機(jī)內(nèi)濕磨48～72小時(shí)至粒度為-300～-600目后，再將濕磨混合料送入干燥裝置內(nèi)干燥至含水率0.5～1.0％，得Co基合金粉；D、濕磨配料將廢硬質(zhì)合金破碎料送入球磨機(jī)內(nèi)，根據(jù)粉料中的WC及Co或Co+Ni含量，并按最終制品中Co或Co+Ni含量為10～28wt％的要求加入經(jīng)C制得的Co基合金粉，濕磨混合24～72小時(shí)，得濕磨混合料；E、壓坯將上述混合料干燥、摻膠混合均勻后，壓制成制品坯件；F、燒結(jié)將壓坯送入燒結(jié)爐內(nèi)在真空或氫氣保護(hù)及1360～1500℃溫度下燒結(jié)6～12小時(shí)，隨爐冷卻即得目的產(chǎn)品。
2.按權(quán)利要求1、所述生產(chǎn)高鈷、大尺寸硬質(zhì)合金的方法，其特征在于干燥裝置為蒸氣或真空干燥裝置，其干燥溫度為90～120℃。
3.按權(quán)利要求1、所述生產(chǎn)高鈷、大尺寸硬質(zhì)合金的方法，其特征在于霧化制粉的氣流速度≥332m/秒，物料流直徑φ6～10mm。
4.按權(quán)利要求1、所述生產(chǎn)高鈷、大尺寸硬質(zhì)合金的方法，其特征在于所述制品坯件為軋輥、模具類及直徑≥φ50mm，而厚度為0.5～3.0mm的薄片類制品的坯件。
全文摘要
該發(fā)明屬于用廢硬質(zhì)合金破碎料生產(chǎn)高鈷、大尺寸硬質(zhì)合金的方法，包括采用Co粉與破碎料配Co基合金料，霧化制粉，粉碎而制得Co基合金粉，再將該合金粉與破碎料進(jìn)行配料，壓坯，燒結(jié)，而制得高Co含量的大尺寸(包括薄片類)硬質(zhì)合金制品。該發(fā)明由于采用廢硬質(zhì)合金破碎料代替W及部分Co粉作原料并先制得共晶成分的Co基合金粉，再與破碎料按目的產(chǎn)品要求配料、壓坯、燒結(jié)。從而具有制品變形小、孔隙度低，抗彎強(qiáng)度可提高8.5～13.0％，HRA硬質(zhì)可提高0.5～1.0度，生產(chǎn)成本降低20％左右并可有效節(jié)約W、Co自然資源等特點(diǎn)?？朔吮尘凹夹g(shù)或設(shè)備投資大、生產(chǎn)率低；或制品變形大、抗彎強(qiáng)度和耐沖擊性差；且均不能用于生產(chǎn)薄片類制品等弊病。
文檔編號(hào)B22F9/02GK1806967SQ20061002028
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者黃新, 孫亞麗, 金永中, 何躍進(jìn), 羅達(dá)成, 李鋼, 劉慶 申請(qǐng)人:自貢市天恒合金應(yīng)用技術(shù)有限公司