高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法
【專利摘要】高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，包括如下步驟：步驟101配料球磨:按照重量比例WC：FeNiCo=2：1至3：1的配比進行球磨；步驟102,球磨完成后對壓料干燥制粒；步驟103壓制合金并真空燒結(jié)。采用本發(fā)明所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法制得的鐵鎳合金，在普通真空燒結(jié)的條件下,可得到強度高、抗沖擊性能好的組織結(jié)構,是替代YG20C的理想材料。在燒結(jié)過程中膠結(jié)金屬對WC潤濕性好,液相填充能力較強，制造工藝過程中使用的設備與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金大致相同，能很好的節(jié)省更新生產(chǎn)線的成本。
【專利說明】 高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金制造領域，涉及一種高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法。

【背景技術】
[0002]目前對冷墩冷沖模的研究，其主要破壞形式有兩種，一種是磨損破壞，主要是在不斷反復的鐓沖下，工件與模具的摩擦而造成磨具的磨損，尺寸超差所造成的破壞，另一種是開裂破壞，主要原因是在反復沖擊下，使模具疲勞開裂.。在眾多的情況下，開裂是模具的主要破壞形式。強化模具的耐疲勞性能及抗沖擊性能成為使用壽命的主要途徑。對硬質(zhì)合金而言，就是在合金的左支線上加大自由程的長度，以提高強度，同時合金硬度有所下降。合金的硬度是模具有良好耐磨性的保證。高的硬度而使模具脆性加大，抗沖擊性就降低，導致了模具易開裂，低的硬度滿足不了使用要求。既要保持高的硬度值又要滿足合金模具的抗彎強度足夠高，在選材上是非常重要的。在合金的選材中，高鈷合金YG20或YG20C就成為冷墩冷沖模具的首選材料，在工業(yè)中廣泛應用，而實踐證明YG20及YG20C材料的破壞很少是尺寸磨損的問題，而經(jīng)常是第二種形式的破壞一開裂破壞，所以要想提高模具的使用壽命，就歸結(jié)為提高材料的抗彎強度和抗沖擊性能。
[0003]高鈷硬質(zhì)合金的抗彎強度及抗沖擊性能比低鈷合金要好的多，但也加大了合金的成本。雖然選用高鈷硬質(zhì)合金YG20及YG20C是冷墩冷沖模具材料的首選，其綜合性能也比其它合金要好，實踐也證明了這一點。應用廣泛的YG20和YG20C冷墩冷沖模具其常見的破壞形式仍然是開裂破壞，同時，由于鈷的價格昂貴，其應用也受到了限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服傳統(tǒng)高鈷硬質(zhì)合金抗彎強度和抗沖擊性能不足，同時成本昂貴的技術缺陷，本發(fā)明提供一種高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法。
[0005]高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，包括如下步驟:
步驟101配料球磨:按照重量比例WC:FeNiCo=2:1至3:1的配比進行球磨，WC為碳化鶴;
步驟102，球磨完成后對壓料干燥制粒；
步驟103壓制合金并真空燒結(jié)。
[0006]優(yōu)選的，所述步驟101中球磨時采用濕磨方式。
[0007]具體的，所述步驟101中濕磨時間不少于20小時。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟101中重量比例WC:FeNiCo=7:3。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟103壓制時的壓力為150-350兆帕。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟103中燒結(jié)溫度為1360-1400攝氏度。
[0011]采用本發(fā)明所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法制得的鐵鎳合金，在普通真空燒結(jié)的條件下，可得到強度高、抗沖擊性能好的組織結(jié)構，是替代YG20C的理想材料。在燒結(jié)過程中膠結(jié)金屬對WC潤濕性好，液相填充能力較強，制造工藝過程中使用的設備與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金大致相同，能很好的節(jié)省更新生產(chǎn)線的成本。

【具體實施方式】
[0012]下面對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0013]目前，F(xiàn)e、Ni作為膠結(jié)相也常出現(xiàn)在硬質(zhì)合金材料中，但仍不能完全代替鈷。Fe、Co、Ni為同一族元素，與WC組成的相圖也十分相似，對WC的潤濕性，在真空中鈷、鎳一樣，潤濕角等于零，而鐵較差，溶解度也不一樣，Ni溶WC為12?20%，Co為10?15%，而Fe最小，其必然影響到燒結(jié)時的重結(jié)晶速度、膠結(jié)相與WC的膠結(jié)強度及晶粒大小，從而影響合金強度性能。因而改善潤濕性也將成為提高合金強度的一個有效手段。
[0014]在Fe中加入一定數(shù)量的Ni，可以改善膠結(jié)相對WC的潤濕性，同時，F(xiàn)e與Ni形成無限固溶體，可使Fe得到強化。實踐表明，F(xiàn)e:Ni=3:1的鐵鎳膠結(jié)相制的合金性能最好。此膠結(jié)的硬質(zhì)合金其組織中易出現(xiàn)H相，為了防止H相的出現(xiàn)，可在混合料中加入少量的炭黑，同時也可強化鐵基組織。為了合金化膠結(jié)相和提高與WC的連接強度加入一定量的Co粉，在Co-WC和N1-WC固溶體的顯微硬度結(jié)果表明，鈷相比鎳相強化效果較大，且Co與Fe、Ni均可形成無限固溶體，使膠結(jié)相潤濕進一步改善和強化，通過合金這種組織結(jié)構的優(yōu)化，使合金使用壽命得到大幅度的提高。
[0015]根據(jù)上述分析，針對冷墩冷沖模常見的破壞形式，以Fe-N1-Co為主要粘結(jié)相使合金組織結(jié)構改善，強化合金性能，研制高強度鐵鎳代鈷的強度材料。
實施例
[0016](I)配料球磨:WC70%-FeNiCo30%,粒度-200目。球料比3:1，濕磨20h,真空干燥，摻膠制粒。WC為碳化鎢。
[0017](2)壓制和燒結(jié):壓制A標樣(5 X 5 X 30mm)及釘夾模。
[0018]其中確定適宜的壓制壓力(150_350Mpa)和收縮系數(shù)(1.18-1.25)，真空燒結(jié)溫度(1360-1400。。)。
[0019](I)該合金燒結(jié)的致密化過程
影響致密化過程的必要因素就是液-固相間的潤濕角，液體的毛細管壓力隨著對WC顆粒的潤濕角的降低而提高，因而液相填充小孔的能力隨著對固相的潤濕角的降低而改善。其次為液相的數(shù)量，當液相數(shù)量不超過50%時，毛細管壓力隨著液相數(shù)量的增加而提高。同時，WC顆粒的流動阻力則隨其增加而降低。就此材料而言，其膠結(jié)相成份為30%左右，且N1、Co溶WC能力較大，因此，WC的溶解速度加快，增加了燒結(jié)的液相，通常液相數(shù)量保持在15?36%為宜，由此，足以保證致密化過程有足夠的液相。保證了 WC顆粒在液相的包覆下流動，完成溶解、析出、固相燒結(jié)三過程，使其完全致密化，最終達到燒結(jié)的目的。在實驗中，有微細缺陷的合金完全彌合，在低倍組織觀察及探傷檢測無任何缺陷，說明此材料潤濕改善，使充填能力增強。
[0020](2)燒結(jié)溫度對合金性能的影響
燒結(jié)體的液相數(shù)量隨燒結(jié)溫度的提高而增大，就此材料而言，因Fe-Co-Ni形成無限固溶體，有效結(jié)晶溫度范圍較窄，當燒結(jié)溫度稍有變化，液相的濃度剃度將變化較大，實驗結(jié)果表明，在1360-1380°C范圍內(nèi)，性能是比較穩(wěn)定的，當達到1400°C時，抗彎強度下降500Mpa之多，且試樣周邊棱角變鈍，說明有流散傾向存在，溫度再高一點，可能產(chǎn)生下坐。由此說明此材料燒結(jié)溫度區(qū)間較窄，對溫度敏感性較大，在生產(chǎn)中應嚴格控制。
[0021](3)各元素在合金中的作用
碳元素在Fe-Ni膠結(jié)合金中主要是抑制極易產(chǎn)生的脆硬相的出現(xiàn)，并強化膠結(jié)相，其數(shù)量的高低也影響著燒結(jié)溫度的高低。Co、Ni改善Fe對WC的潤濕性，Co固溶于膠結(jié)相內(nèi)起到了“釘扎”作用，阻止位錯運動，強化基體，優(yōu)化組織結(jié)構，使膠結(jié)相強化，保證致密化過程完全。
[0022](4)強度特性
抗彎強度是衡量硬質(zhì)合金的一項重要指標，它是合金韌性的一個標志。抗彎強度高，說明其韌性好，抗沖擊性能好。本材料燒結(jié)態(tài)強度A標尺單值達3370Mpa，平均達2880Mpa。
[0023]綜合以上，采用本發(fā)明所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法制得的鐵鎳合金，在普通真空燒結(jié)的條件下，可得到強度高、抗沖擊性能好的組織結(jié)構，是替代YG20C的理想材料。在燒結(jié)過程中膠結(jié)金屬對WC潤濕性好，液相填充能力較強，制造工藝過程中使用的設備與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金大致相同，能很好的節(jié)省更新生產(chǎn)線的成本。
[0024]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書內(nèi)容所作的等同結(jié)構變化，同理均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，包括如下步驟: 步驟101配料球磨:按照重量比例WC:FeNiCo=2:1至3:1的配比進行球磨，WC為碳化鶴; 步驟102，球磨完成后對壓料干燥制粒； 步驟103壓制合金并真空燒結(jié)。
2.一種如權利要求1所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，其特征在于，所述步驟101中球磨時采用濕磨方式。
3.—種如權利要求2所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，其特征在于，所述步驟101中濕磨時間不少于20小時。
4.一種如權利要求1所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，其特征在于，所述步驟101 中重量比例 WC:FeNiCo=7:3。
5.一種如權利要求1所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，其特征在于，所述步驟103壓制時的壓力為150-350兆帕。
6.一種如權利要求1所述高強度鐵鎳代鈷硬質(zhì)合金制備方法，其特征在于，所述步驟103中燒結(jié)溫度為1360-1400攝氏度。
【文檔編號】C22C29/08GK104513924SQ201310453591
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)明者】謝超 申請人:謝超