專利名稱：Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種WC-Co硬質合金，尤其涉及一種Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金及其制備方法。
背景技術：
細顆粒硬質合金刀片及以其為基體的涂層刀片廣泛應用于金屬切削加工領域。細顆粒硬質合金刀片基體一般是采用粉末冶金工藝燒結而成，其主要由金屬碳化物硬質相(如WC)、金屬粘結相(如Co)及晶粒長大抑制劑組成。但由于目前主要采用的晶粒長大抑制劑為Ta、Nb、Cr、V、Ti等的金屬碳化物或其兩種或兩種以上組合的金屬碳化物固溶體，這些金屬碳化物及其固溶體與硬質合金粘結相Co的潤濕性均不如WC，所以導致添加晶粒長大抑制劑對合金強度是不利的。
對于細顆粒硬質合金(WC粒度一般為0.6μπι 3μπι)而言，目前主要采用單獨添加低含量(一般低于0.5wt.%)的TaC、NbC或(Ta，Nb)C固溶體或再添加Cr3C2作為晶粒長大抑制劑，如目前市場廣泛使用的涂層硬質合金數(shù)控刀片都是以這些體系為基體。在燒結過程中，TaC, NbC或(Ta，Nb) C固溶體相會形成聚集，而Cr3C2作為晶粒長大抑制劑時對TaC、NbC或(Ta，Nb)C固溶體相的聚集幾乎不產(chǎn)生影響。能譜分析結果顯示，在TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體聚集區(qū)域無Co。因此，TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體聚集會造成Co相分布不均及硬質相局部聚集，在受外載時極易引起局部應力集中而影響刀片的使用性能。
在燒結過程中，TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體通過溶解-析出過程長大。當TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體的添加量超過在其合金成分體系中的Co相的飽和固溶度時，燒結過程中TaC、NbC*(Ta，Nb) C固溶體呈點狀彌散分布。但是，當TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體的添加量增多時，其切削性能顯著降低。
US8211358B2號美國專利文獻公開了一種采用含W的復式碳化物(Me、W)C并通過控制碳化物成分進行正常燒結從而獲得細化的含Ta或Nb的固溶體相。其中，Me為T1、Ta、Nb、Zr、Hf和V中的一種或多種金屬元素的組合。但是，采用該復式碳化物并控制其中金屬元素的含量一方面會顯著增加原料成本，另一方面，T1、Zr、Hf和V等元素的加入會顯著改變合金成分，從而對性能會產(chǎn)生一些不利影響。
目前，在不改變合金成分的基礎上消除此類合金中TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體聚集的文獻還未見報道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種在不改變現(xiàn)有硬質合金成分的基礎上，實現(xiàn)Ta/Nb固溶體彌散分布的細顆粒WC-Co硬質合金，還提供一種簡單方便、效果顯著、能抑制Ta/Nb固溶體聚集的WC-Co硬質合金的制備方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為一種Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，包括WC硬質相、金屬Co粘結相、Ta/Nb固溶體相，所述金屬Co粘結相在所述WC-Co硬質合金中的質量分數(shù)為a:3%彡a彡15% ;所述Ta/Nb固溶體相包括TaC固溶體、NbC固溶體或(Ta，Nb) C固溶體中的至少一種，且滿足，0.004 (/mCo ( 0.083
(優(yōu)選0.004 ( (mTa+mNb) /mCo ( 0.065,在該優(yōu)選的條件下，Ta/Nb固溶體在WC-Co硬質合金中更容易呈點狀彌散分布)，其中，mTa為Ta元素的總質量，mNb為Nb元素的總質量,m。。為Co元素的總質量；Ta/Nb固溶體在WC-Co硬質合金中呈點狀彌散分布，其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑(表示與該點狀區(qū)域面積相等的圓的直徑，也可視為是Ta/Nb固溶體的粒徑)不超過WC平均粒度的3倍。上述的WC-Co硬質合金中，WC硬質相中WC的平均粒度優(yōu)選0.6 μ m 5 μ m，更優(yōu)選 0.8ym 2ym。上述的WC-Co硬質合金中，還優(yōu)選包含有Cr3C2相，所述Cr3C2相在所述WC-Co硬質合金中的含量彡0.2Xa。作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供了上述Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-C0硬質合金的制備方法，包括以下步驟:
將WC粉、金屬Co及Ta/Nb碳化物按照上述質量分數(shù)進行混合，將所得混合粉末球磨，球磨完成后所得料漿經(jīng)干燥、造粒和壓制，得半成品；將半成品先燒結升溫，然后在真空條件下燒結保溫，再經(jīng)過從最高 燒結溫度(即燒結保溫的溫度)冷卻到室溫，其中至少在1380 V 1280 V區(qū)間采用快速冷卻(其他溫度區(qū)間也可采用快速冷卻方式，但一般采用隨爐冷卻即可)，得到Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金。上述的方法中，優(yōu)選的，所述半成品先燒結升溫至1410°C 1450°C，然后保持此溫度并在真空條件下燒結保溫30min 90min,優(yōu)選50min 70min。上述的方法中，優(yōu)選的，所述冷卻階段中，所述快速冷卻的起始階段開始通入Ar氣，通入Ar氣后的總壓力控制為50KPa 500Kpa (更優(yōu)選60KPa lOOKPa)，至少在1380°C 1280°C區(qū)間的快速冷卻階段，其冷卻速度控制為15°C /min 100°C /min (更優(yōu)選為 30°C /min 70°C /min)。上述的方法中，所述混合粉末中還優(yōu)選添加有Cr3C2粉末。上述采用的方法是在不需要改變合金化學成分的基礎上通過至少在1380°C 1280°C的冷卻階段采用快速冷卻以達到增加液相過冷度的方法來實現(xiàn)的。當在最高燒結溫度下添加的TaC、NbC*(Ta，Nb)C固溶體全部溶解到Co相時，在冷卻過程中，Ta/Nb固溶體相從液相Co中通過自發(fā)形核析出。常規(guī)燒結時，由于冷卻速度慢，液相過冷度小，導致形核慢、臨界形核尺寸變大且形核少，使得容易出現(xiàn)Ta/Nb固溶體聚集。但在1380°C 1280°C的冷卻階段采用快速冷卻來增大液相過冷度時，隨過冷度增大，形核速率增加、臨界形核尺寸減小且形核多，因此，可以有效減弱和消除Ta/Nb固溶體相聚集。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明的WC-C0硬質合金中，在未改變合金組元及不顯著增加固溶體相含量的前提下，有效地消除了 TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體的聚集現(xiàn)象，實現(xiàn)了 TaC、NbC或(Ta，Nb)C固溶體在WC-Co硬質合金中的彌散分布，提高了硬質合金組織結構的均勻性，在幾乎不影響合金強度的同時提高了合金硬度。(2)本發(fā)明的制備方法簡單方便、效果顯著，所采用的燒結升溫和燒結保溫步驟與常規(guī)燒結方法相同，不同的是在燒結冷卻降溫的1380°C 1280°C階段采用了通入Ar氣快速冷卻的方式，使得WC-Co硬質合金顯微組織中TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體聚集形貌得到了極大改善，實現(xiàn)了 TaC、NbC或(Ta，Nb) C固溶體的彌散分布。


圖1為本發(fā)明實施例1的方法制得的含(Ta，Nb) C固溶體的WC-Co硬質合金內(nèi)部顯微組織照片。
圖2為本發(fā)明實施例2的方法制得的含TaC固溶體的WC-Co硬質合金內(nèi)部顯微組織照片。
圖3為本發(fā)明實施例2中對比試驗的方法制得的含TaC固溶體的WC-Co硬質合金內(nèi)部顯微組織照片。
圖4為本發(fā)明實施例3的方法制得的含(Ta，Nb) C固溶體的WC-Co硬質合金內(nèi)部顯微組織照片。
圖5為本發(fā)明實施例3中對比試驗的方法制得的含(Ta，Nb) C固溶體的WC-Co硬質合金內(nèi)部顯微組織 照片。
圖6為本發(fā)明實施例4的方法制得的含(Ta，Nb) C固溶體的WC-Co硬質合金內(nèi)部顯微組織照片。
圖7為本發(fā)明實施例4中對比試驗的方法制得的含(Ta，Nb) C固溶體的WC-Co硬質合金內(nèi)部顯微組織照片。
圖例說明: Signal A = RBSD表示圖片是采用背散射模式拍攝的； Mag = 5.0OKX或Mag = 3.0OKX表示圖片放大倍數(shù)，其分別表示圖片放大5000倍和放大3000倍。
具體實施方式
以下結合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例1: 一種本發(fā)明的(Ta，Nb) C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，包括WC-Co硬質相、金屬Co粘結相和(Ta，Nb) C固溶體相，其中，金屬Co粘結相的含量為5.2wt.% (如無特別說明，均以質量分數(shù)計，后述實施例同此說明)，(Ta, Nb) C固溶體相的含量為0.3wt.%，(mTa+mNb)/mCo=0.056，其中，mTa為Ta元素的總質量，ι%為Nb元素的總質量，mCo為Co元素的總質量，WC硬質相的含量為94.5wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為0.8 μ m。(Ta，Nb) C固溶體在WC-Co硬質合金中呈點狀彌散分布，(Ta，Nb) C固溶體的粒徑(即其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑)小于2 μ m。
一種上述本發(fā)明的(Ta，Nb)C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，包括以下步驟: (I)原料混合:將WC硬質相、金屬Co粘結相和(Ta，Nb)C固溶體相進行混合，得混合粉末，其中，金屬Co粘結相的含量為5.2wt.%，(Ta，Nb) C固溶體相的含量為0.3wt.%，WC硬質相的含量為94.5wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為0.8 μ m ;(2)半成品的制備:將步驟(I)配制的混合粉末與酒精按照420ml酒精/Ikg混合粉末的比例加入滾筒式球磨機中進行球磨,采用硬質合金磨球,球料比為5: 1，球磨時間為65h，球磨完成后將所得料漿干燥、造粒(過60目篩)，然后壓制成半成品；
(3)燒結:將上述半成品經(jīng)過燒結升溫達到1440°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫50min。在冷卻階段中，在1440°C 1410°C采用隨爐冷卻；在溫度降到1410°C時即通入75KPa的Ar氣，快速冷卻至1200°C，其中，溫度在1410°C 1200°C時的冷卻速度為500C /min。溫度低于1200°C隨爐冷卻至室溫。如圖1所示，得到(Ta，Nb) C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，(Ta，Nb) C固溶體的粒徑小于2 μ m。實施例2:
一種本發(fā)明的TaC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，包括WC-Co硬質相、金屬Co粘結相、TaC固溶體相及Cr3C2相，其中，金屬Co粘結相的含量為IOwt.%, TaC固溶體相的含量為0.5wt.%,mTa/mCo=0.047,其中，mTa為Ta元素的總質量,m。。為Co元素的總質量,Cr3C2相的含量為0.4wt.%, WC硬質相的含量為89.1wt.%, WC硬質相中WC的平均粒度為0.8 μ m。TaC固溶體在WC-Co硬質合金中呈點狀彌散分布，TaC固溶體的粒徑(即其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑)不超過2 μ m。一種上述本發(fā)明的TaC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，包括以下步驟:
(O原料混合:將WC硬質相、金屬Co粘結相和TaC固溶體相進行混合，得混合粉末，其中，金屬Co粘結相的含量為IOwt.%，TaC固溶體相的含量為0.5wt.%，Cr3C2相的含量為0.4wt.%，WC硬質相的含量為89.1wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為0.8 μ m ；
(2)半成品的制備:將步驟(I)配制的混合粉末與酒精按照420ml酒精/Ikg混合粉末的比例加入滾筒式球磨機中進行球磨,采用硬質合金磨球,球料比為5: 1，球磨時間為45h，球磨完成后將所得料漿干燥、造粒(過60目篩)，然后壓制成半成品；
(3)燒結:將上述半成品經(jīng)過燒結升溫達到1420°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫60min。在冷卻階段中，在1420°C 1410°C采用隨爐冷卻；在溫度降到1410°C時即通入60KPa的Ar氣，快速冷卻至室溫，其中，溫度在1410°C 1200°C時的冷卻速度為350C /min。如圖2所示，得到TaC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，TaC固溶體的粒徑不超過2 μ m。經(jīng)測試:本發(fā)明的TaC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的抗彎強度為3220MPa，硬度 HV30 為 1680，斷裂韌性 Kic 為 10.56MPa.m1/2。對比試驗:重復上述WC-Co硬質合金的制備步驟(I)和(2)，得到半成品，將該半成品經(jīng)過與上述制備步驟(3)中相同的工藝燒結升溫達到1420°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫60min，燒結保溫完成后進入燒結冷卻階段，但是，在該燒結冷卻階段采用的是常規(guī)的隨爐真空冷卻降至室溫，得到含TaC固溶體的WC-Co硬質合金。如圖3所示，該方法得到的TaC固溶體在WC-Co硬質合金中呈聚集分布，局部粒徑大于10 μ m，其抗彎強度為 2800MPa，硬度 HV30 為 1610，斷裂韌性 Kic 為 10.35MPa.m1/2。由以上對比說 明，本發(fā)明的硬質合金中TaC相明顯細化和分散，且性能優(yōu)于常規(guī)制備合金。實施例3:一種本發(fā)明的(Ta，Nb) C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，包括WC-Co硬質相、金屬Co粘結相和(Ta，Nb) C固溶體相，其中，金屬Co粘結相的含量為6.5wt.%，(Ta，Nb) C固溶體相的含量為0.4wt.%, (ι Τ3+πι^) /mCo=0.056,其中，mTa為Ta元素的總質量,1%為Nb元素的總質量，mCo為Co元素的總質量，WC硬質相的含量為93.1wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度Slum。(Ta, Nb) C固溶體相在WC-Co硬質合金中呈彌散分布，(Ta，Nb) C固溶體的粒徑(即其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑)小于2 μ m。
一種上述本發(fā)明的(Ta，Nb)C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，包括以下步驟: (1)原料混合:將WC硬質相、金屬Co粘結相和(Ta，Nb)C固溶體相進行混合，得混合粉末，其中，金屬Co粘結相的含量為6.5wt.%，(Ta，Nb) C固溶體相的含量為0.4wt.%，WC硬質相的含量為93.1wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為I μ m ; (2)半成品的制備:將步驟(I)配制的混合粉末與酒精按照420ml酒精/Ikg混合粉末的比例加入滾筒式球磨機中進行球磨,采用硬質合金磨球,球料比為5: 1，球磨時間為35h，球磨完成后將所得料漿干燥、造粒(過60目篩)，然后壓制成半成品； (3)燒結:將上述半成品經(jīng)過燒結升溫達到1440°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫70min。在冷卻階段中，在1440°C 1430°C采用隨爐冷卻；在溫度降到1430°C時即通入80KPa的Ar氣，快速冷卻至1200°C，其中，溫度在1430°C 1200°C時的冷卻速度為50°C /min。溫度低于1200°C隨爐冷卻至室溫。如圖4所示，得到(Ta，Nb)C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，(Ta，Nb) C固溶體的粒徑小于2 μ m。
經(jīng)測試:本發(fā)明的(Ta，Nb) C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的抗彎強度為2460MPa,硬度 HV30 為 1790，斷裂韌性 Kic 為 9.46MPa.m1/2。
對比試驗:重復上述WC-Co硬質合金的制備步驟(I)和(2)，得到半成品，將該半成品經(jīng)過與上述制備步驟(3)中相同的工藝燒結升溫達到1440°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫70min，燒結保溫完成后進入燒結冷卻階段，但是，在該燒結冷卻階段采用的是常規(guī)的隨爐真空冷卻降至室溫，得到含(Ta，Nb) C固溶體的WC-Co硬質合金。如圖5所示，該方法得到的(Ta，Nb) C固溶體在WC-Co硬質合金中呈聚集分布，局部粒徑大于5 μ m，其抗彎強度為2390MPa，硬度HV30為1730，斷裂韌性Kic為9.3IMPa.m1/2。
實施例4: 一種本發(fā)明的(Ta，Nb) C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，包括WC-Co硬質相、金屬Co粘結相和(Ta，Nb)C固溶體相，其中，金屬Co粘結相的含量為5.5wt.%, (Ta7Nb)C固溶體相的含量為0.48wt.%, (mTa+mNb) /mCo=0.079,其中，mTa為Ta元素的總質量，ι%為Nb元素的總質量，mc。為Co元素的總質量，Cr3C2相的含量為0.2wt.%，WC硬質相的含量為93.82wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為2 μ m。(Ta，Nb)C固溶體相在WC-Co硬質合金中呈彌散分布，(Ta，Nb) C固溶體的粒徑(即其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑)小于3 μ m。
一種上述本發(fā)明的(Ta，Nb)C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，包括以下步驟: (I)原料混合:將WC硬質相、 金屬Co粘結相和(Ta，Nb)C固溶體相進行混合，得混合粉末，其中，金屬Co粘結相的含量為5.5wt.%，(Ta，Nb) C固溶體相的含量為0.48wt.%，Cr3C2相的含量為0.2wt.%，WC硬質相的含量為93.82wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為2 μ m ;(2)半成品的制備:將步驟(I)配制的混合粉末與酒精按照420ml酒精/Ikg混合粉末的比例加入滾筒式球磨機中進行球磨,采用硬質合金磨球,球料比為5: 1，球磨時間為60h，球磨完成后將所得料漿干燥、造粒(過60目篩)，然后壓制成半成品； (3)燒結:將上述半成品經(jīng)過常規(guī)的燒結升溫達到1450°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫60min。在冷卻階段中，在1450°C 1410°C采用隨爐冷卻；在溫度降到1410°C時即通入IOOKPa的Ar氣，快速冷卻至1200°C，其中，溫度在1410°C 1200°C時的冷卻速度為70°C /min。溫度低于1200°C隨爐冷卻至室溫。如圖6所示，得到(Ta，Nb)C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，(Ta，Nb) C固溶體的粒徑小于3 μ m。
經(jīng)測試:本發(fā)明的(Ta，Nb) C固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的抗彎強度為2390MPa，硬度 HV30 為 1795，斷裂韌性 Kic 為 9.73MPa.m1/2。
對比試驗:重復上述WC-Co硬質合金的制備步驟(I)和(2)，得到半成品，將該半成品經(jīng)過與上述制備步驟(3)中相同的工藝燒結升溫達到1450°C，然后保持此溫度保溫60min，在燒結冷卻階段采用常規(guī)的隨爐冷卻至室溫，完成燒結工藝，得到含(Ta，Nb) C固溶體的WC-Co硬質合金。如圖7所示，該方法得到的(Ta，Nb)C固溶體在WC-Co硬質合金中呈聚集分布，局部粒徑大于7 μ m，其抗彎強度為2330MPa，硬度HV30為1721，斷裂韌性KrcS9.67MPa.m1/2。
實施例5: 一種本發(fā)明的NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，包括WC-Co硬質相、金屬Co粘結相和NbC固溶體相，其中，金屬Co粘結相的含量為12wt.%，NbC固溶體相的含量為0.6wt.%，mNb/mco=°.0447，其中，mNb為Nb元素的總質量，mCo為Co元素的總質量，Cr3C2相的含量為1.3wt.%，WC硬質相的含量為86.lwt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為2 μ m。NbC固溶體相在WC-Co硬質合金中呈彌散分布，NbC固溶體的粒徑(即其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑)小于 3 μ m0
一種上述本發(fā)明的NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，包括以下步驟: (O原料混合:將WC硬質相、金 屬Co粘結相和NbC固溶體相進行混合，得混合粉末，其中，金屬Co粘結相的含量為12wt.%，NbC固溶體相的含量為0.6wt.%，Cr3C2相的含量為1.3wt.%，WC硬質相的含量為86.1wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為2 μ m ; (2)半成品的制備:將步驟(I)配制的混合粉末與酒精按照420ml酒精/Ikg混合粉末的比例加入滾筒式球磨機中進行球磨,采用硬質合金磨球,球料比為5: 1，球磨時間為50h，球磨完成后將所得料漿干燥、造粒(過60目篩)，然后壓制成半成品； (3)燒結:將上述半成品經(jīng)過常規(guī)的燒結升溫達到1440°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫60min。在冷卻階段中，在1440°C 1410°C采用隨爐冷卻；在溫度降到1410°C時即通入IOOKPa的Ar氣，快速冷卻至1200°C，其中，溫度在1410°C 1200°C時的冷卻速度為70°C /min。溫度低于1200°C隨爐冷卻至室溫，得到NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，NbC固溶體的粒徑小于3 μ m。
經(jīng)測試:本發(fā)明的NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的抗彎強度為3360MPa，硬度 HV30 為 1611，斷裂韌性 Kic 為 11.87MPa.m1/2。
實施例6:一種本發(fā)明的NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，包括WC-Co硬質相、金屬Co粘結相和NbC固溶體相，其中，金屬Co粘結相的含量為8wt.%,NbC固溶體相的含量為0.2wt.%，mNb/mco=°.0223，其中，mNb為Nb元素的總質量，mCo為Co元素的總質量，Cr3C2相的含量為
0.3wt.%, WC硬質相的含量為91.5wt.%, WC硬質相中WC的平均粒度為I μ m。NbC固溶體相在WC-Co硬質合金中呈彌散分布，NbC固溶體的粒徑(即其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑)小于 3 μ m0—種上述本發(fā)明的NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，包括以下步驟:
(O原料混合:將WC硬質相、金屬Co粘結相和NbC固溶體相進行混合，得混合粉末，其中，金屬Co粘結相的含量為8wt.%，NbC固溶體相的含量為0.2wt.%，Cr3C2相的含量為0.3wt.%，WC硬質相的含量為91.5wt.%，WC硬質相中WC的平均粒度為I μ m ;
(2)半成品的制備:將步驟(I)配制的混合粉末與酒精按照400ml酒精/Ikg混合粉末的比例加入滾筒式球磨機中進行球磨,采用硬質合金磨球,球料比為5: 1，球磨時間為50h，球磨完成后將所得料漿干燥、造粒(過60目篩)，然后壓制成半成品；
(3)燒結:將上述半成品經(jīng)過常規(guī)的燒結升溫達到1430°C，然后保持此溫度并在真空條件下進行燒結保溫50min。在冷卻階段中，在1430°C 1410°C采用隨爐冷卻；在溫度降到1410°C時即通入80KPa的Ar氣，快速冷卻至1200°C，其中，溫度在1410°C 1200°C時的冷卻速度為50°C /min。溫度低于1200°C隨爐冷卻至室溫，得到NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，NbC固溶體的粒徑小于3 μ m。經(jīng)測試:本發(fā)明的NbC固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的抗彎強度為3030MPa，硬度 HV30 為 1661，斷裂韌性 Kic 為 10.27MPa.m1/2。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應該指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-C0硬質合金，包括WC硬質相、金屬Co粘結相、Ta/Nb固溶體相，其特征在于:所述金屬Co粘結相在所述WC-Co硬質合金中的質量分數(shù)為a:3%≤a≤15% ;所述Ta/Nb固溶體相包括TaC固溶體、NbC固溶體或(Ta，Nb) C固溶體中的至少一種，且滿足，0.004 ≤(mIa+mNb)/mCo≤0.083，其中，mTa為Ta元素的總質量，mNb為Nb元素的總質量，m。。為Co元素的總質量；Ta/Nb固溶體在WC-Co硬質合金中呈點狀彌散分布，其點狀區(qū)域面積的等效圓直徑不超過WC平均粒度的3倍。
2.根據(jù)權利要求1所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，其特征在于:0.004 ≤ (mTa+mNb) /mCo ≤ 0.065。
3.根據(jù)權利要求1所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，其特征在于:所述WC硬質相中WC的平均粒度為0.6 μ m 5 μ m。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金，其特征在于:所述WC-Co硬質合金中還包含有Cr3C2相，所述Cr3C2相在所述WC-Co硬質合金中的含量< 0.2Xa。
5.一種如權利要求1 3中任一項所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，包括以下步驟: 將WC粉、金屬Co及Ta/Nb碳化物按照所述質量分數(shù)進行混合，將所得混合粉末球磨，球磨完成后所得料漿經(jīng)干燥、造粒和壓制，得半成品；將半成品先燒結升溫，然后在真空條件下燒結保溫，再經(jīng)過從最高燒結溫度冷卻到室溫，其中至少在1380°C 1280°C區(qū)間采用快速冷卻，得到Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金。
6.根據(jù)權利要求5所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，其特征在于:所述半成品先燒結升溫至1410°C 1450°C，然后保持此溫度并在真空條件下燒結保溫 30min 90min。
7.根據(jù)權利要求5所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，其特征在于:在所述快速冷卻的起始階段開始通入Ar氣，通入Ar氣后的總壓力控制為50KPa 500KPa，至少在1380°C 1280°C區(qū)間的快速冷卻階段，其冷卻速度控制為15°C /min 100°C /min。
8.根據(jù)權利要求7所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，其特征在于:所述快速冷卻階段的冷卻速度為30°C /min 70°C /min。
9.根據(jù)權利要求5 8任一項所述的Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金的制備方法，其特征在于:所述混合粉末中還添加有Cr3C2粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ta/Nb固溶體彌散分布的WC-Co硬質合金及其制備方法。該硬質合金包括WC硬質相、金屬Co粘結相、Ta/Nb固溶體相，金屬Co粘結相的質量分數(shù)為a3%≤a≤15%；Ta/Nb固溶體相包括TaC固溶體、NbC固溶體或(Ta，Nb)C固溶體中的至少一種，且0.004≤(mTa+mNb)/mCo≤0.083；Ta/Nb固溶體在WC-Co硬質合金中呈點狀彌散分布。該硬質合金的制備方法包括制備半成品和半成品的燒結升溫、燒結保溫及燒結冷卻。本發(fā)明在不改變合金成分的基礎上實現(xiàn)了TaC、NbC或(Ta，Nb)C固溶體的彌散分布，提高了合金組織結構均勻性和合金性能。
文檔編號C22C1/05GK103173672SQ201310094298
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權日2013年3月22日
發(fā)明者瞿峻, 黃文亮, 謝文, 溫光華, 陳響明 申請人:株洲鉆石切削刀具股份有限公司