一種低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金，由按質(zhì)量百分比計(jì)的下列組分制備而成：62.09%～63.49%的細(xì)晶粒WC、26.61%～27.21%的粗晶粒WC、5.21%～7.10%的Co粉、2.47%～3.87%的Ni粉和0.8%～1.3%的Cr3C2；所述細(xì)晶粒WC粒度為0.9μm～1.5μm；粗晶粒WC粒度為1.9μm～2.8μm。本發(fā)明的硬質(zhì)合金具有較高的硬度、較高的抗彎強(qiáng)度、較好的斷裂韌性、優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕性能，適用于精密磨削、WEDM放電加工制作高端精密沖壓模具零部件，可用于低載荷高速?zèng)_壓的高端精密沖壓模具。
【專利說(shuō)明】一種低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金領(lǐng)域，涉及一種低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]精密模具用硬質(zhì)合金是大型精密級(jí)進(jìn)模具、粉末成型模具、各類復(fù)雜沖壓模具的凸模、凹模和其它易損件必需關(guān)鍵材料，一般采用WC-Co硬質(zhì)合金，客戶根據(jù)所需形狀尺寸通過精密磨削、WEDM放電加工方式獲得各類復(fù)雜形狀零部件，鑲嵌在模具的關(guān)鍵部位而制作成模具，從而滿足精密沖壓模具抗腐蝕、高硬度、高斷裂韌性的要求。
[0003]近年國(guó)外硬質(zhì)合金同行在該領(lǐng)域已經(jīng)率先開發(fā)出適用于EDM放電加工和精密磨削的硬質(zhì)合金抗腐蝕新材質(zhì)，例如:森拉天時(shí)(Ceratizit)公司的GF-H25S牌號(hào),美國(guó)肯納金屬(Kennametal)公司的KR系列牌號(hào)KR887、KR855,這些牌號(hào)與同類型常規(guī)牌號(hào)比具有優(yōu)良的電加工、磨削加工性能，并具有硬度和斷裂韌性指標(biāo)雙高特性。我國(guó)的精密模具制作企業(yè)與國(guó)外先進(jìn)同行相比，起步晚、核心技術(shù)多為引進(jìn)，正因?yàn)榇宋覈?guó)硬質(zhì)合金企業(yè)對(duì)精密模具用硬質(zhì)合金材料的研究所獲得的市場(chǎng)信息較為缺失以及不完善，使此方面的研究起步較晚。目前該領(lǐng)域硬質(zhì)合金制備方法主要采用勻致細(xì)晶?；虺?xì)晶粒WC、10%~15%的Co粉加入微量的Cr、V等元素制備球磨混合，隨后燒結(jié)獲得硬質(zhì)合金塊體；或者在WC和Co的混合粉末中添加板狀晶的W粉，以在燒結(jié)后的合金中獲得WC-Co硬質(zhì)合金。勻致超細(xì)晶?；蚣?xì)晶粒的硬質(zhì)合金在具有較高的硬度指標(biāo)時(shí)，較難兼顧較高的抗彎強(qiáng)度以及斷裂韌性指標(biāo)，在制造低載荷高速?zèng)_壓用的精密模具零部件時(shí)容易出現(xiàn)微崩現(xiàn)象，直接影響被沖壓件質(zhì)量。另采用目前已有技術(shù)制備的雙晶結(jié)構(gòu)或中、粗晶硬質(zhì)合金，雖使硬質(zhì)合金零部件具有了較高的斷裂韌性指標(biāo)，但零件耐磨性差，且零部件表面及拐角處存在較厚的WEDM加工變質(zhì)層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種硬質(zhì)合金及其制備方法，生產(chǎn)的硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)均勻，具有高硬度、高的斷裂韌性和耐腐蝕性，可應(yīng)用于低載荷高速?zèng)_壓精密模具。
[0005]本發(fā)明提供的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金，由按質(zhì)量百分比計(jì)的下列組分制備而成:62.09%~63.49%的細(xì)晶粒WC,26.61%~27.21%的粗晶粒WC、5.21%~7.10%的Co粉、2.47%~3.87%的Ni粉和0.8%~1.3%的Cr3C2 ;所述細(xì)晶粒WC粒度為0.9 μ m~1.5 μ m ;粗晶粒WC粒度為1.9 μ m~2.8 μ m。
[0006]作為改進(jìn)，粘結(jié)相中Co和Ni的質(zhì)量比為1.5~2.5:1。當(dāng)Co和Ni的質(zhì)量比大于2.5:1的時(shí)候，合金的抗腐蝕性能將有所下降；當(dāng)&)和Ni的質(zhì)量比小于1.5:1的時(shí)候，合金的硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性指標(biāo)將有所下降。
[0007]上述低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金的制備方法，依次包括以下步驟:
[0008](I)將細(xì)晶粒WC與Co粉、 Ni粉和Cr3C2球磨，加入粗晶粒WC后再次球磨，制粒并成型；
[0009](2)將成型后的毛坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1440°C~1480°C ；
[0010](3)將燒結(jié)后的毛坯在真空或氫氣氣氛下回火處理，回火溫度為450°C~550°C。[0011 ] 作為改進(jìn)，步驟(1)第一次球磨之前補(bǔ)入炭黑或W粉，按式:合金總碳修正量(％)=原料實(shí)際總碳含量(％) —合金理論總碳含量(％) —合金總碳量平衡修正值，合金總碳量平衡修正值為0.03%~0.07% ;若合金總碳修正量為負(fù)數(shù)，則補(bǔ)入與合金總碳修正量等量的炭黑；若合金總碳修正量為正數(shù)，則補(bǔ)入合金總碳修正量+0.0653 (WC中C和W的原子質(zhì)量比值)的W粉。硬質(zhì)合金中碳含量的控制是制備優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金的關(guān)鍵指標(biāo)，當(dāng)合金總碳量平衡修正值超過0.03%~0.07%的范圍，制備的硬質(zhì)合金將可能出現(xiàn)滲碳、脫碳等缺陷，直接影響硬質(zhì)合金的物理性能和微觀組織結(jié)構(gòu)。
[0012]作為改進(jìn)，步驟(1)第一次球磨25h~40h，第二次球磨20h~30h，第二次球磨后噴霧干燥制粒并等靜壓成型。
[0013]作為改進(jìn)，步驟(2)的燒結(jié)時(shí)，550°C以前燒結(jié)時(shí)間為20h~70h，550°C至最終溫度的燒結(jié)時(shí)間為2h~20h。當(dāng)燒結(jié)時(shí)長(zhǎng)低于規(guī)定時(shí)長(zhǎng)時(shí)，模具板材產(chǎn)品燒結(jié)過程中會(huì)出現(xiàn)炸裂、裂紋以及合金內(nèi)部組織疏松、滲碳；燒結(jié)時(shí)長(zhǎng)太長(zhǎng)會(huì)引起模具板材產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)異常夾粗和脫碳現(xiàn)象。
[0014]作為改進(jìn)，步驟(2)燒結(jié)爐內(nèi)壓力3MPa~IOMPa ;燒結(jié)完成后在溫度降至900°C~1250°C時(shí)充入氬氣快速循環(huán)冷卻至100°C以下出爐。
[0015]作為改進(jìn)，步驟(3)回火處理8h~30h小時(shí)。
[0016]本發(fā)明通過對(duì)兩種類型的WC費(fèi)氏粒度范圍的確定和控制兩種WC的混合比例，并通過加入各組元的順序和兩次球磨時(shí)間的控制，確定合適的粘接金屬Co、Ni比例以及添加量、Cr3C2的添加量、控制合金總碳量平衡修正值范圍得到一種微觀結(jié)構(gòu)良好，物理性能可控在一定范圍的具有較好的斷裂韌性指標(biāo)、硬度和抗彎強(qiáng)度指標(biāo)及抗電加工腐蝕的一種硬質(zhì)合金材質(zhì)。
[0017]本發(fā)明硬質(zhì)合金的制備方法，通過采用液壓預(yù)成型結(jié)合CIP等靜壓制最終成型，可得到壓制密度均勻的無(wú)缺陷模具板材壓坯，再通過燒結(jié)和后續(xù)處理工藝結(jié)合得到內(nèi)部組織均勻一致的硬質(zhì)合金毛坯。
[0018]本發(fā)明合金硬質(zhì)相由粗晶粒WC、細(xì)晶粒WC組成,粘結(jié)相由Co+N1、Cr3C2組成,粘接金屬Co+Ni含量8.5%~10%的硬質(zhì)合金與同等粘結(jié)金屬含量的硬質(zhì)合金相比，具有較高的硬度、較高的抗彎強(qiáng)度、較好的斷裂韌性、優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕性能，適用于精密磨削、WEDM放電加工制作高端精密沖壓模具零部件。采用本發(fā)明制造的硬質(zhì)合金鑲嵌式精密模具適用于低載荷高速?zèng)_壓的高端精密沖壓模具，如電子類引線框模具、各類排線精密沖壓模具等，與目前通用硬質(zhì)合金比具有高使用壽命、高生產(chǎn)效率、被加工零件尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)，使用壽命高于通用硬質(zhì)合金。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1硬質(zhì)合金1600倍典型的掃描電鏡照片。
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1硬質(zhì)合金3000倍典型的掃描電鏡照片。
[0021]圖3是10%Co、0.5%Cr3C2、余量WC、WC平均晶粒度0.8 μ m的合金1600倍典型的掃描電鏡照片。
[0022]圖4是10%Co、0.5%Cr3C2、余量WC、WC平均晶粒度0.8 μ m的合金3000倍典型的掃
描電鏡照片。
[0023]圖5是10%Co、余量WC、WC平均晶粒度1.0 μ m的合金1600倍典型的掃描電鏡照片。
[0024]圖6是10%Co、余量WC、WC平均晶粒度l.0ym的合金3000倍典型的掃描電鏡照片。
[0025]圖7是本發(fā)明實(shí)施例1硬質(zhì)合金HVlO壓頭下的斷裂韌性檢測(cè)的壓痕掃描電鏡照片。
[0026]圖8是10%Co、0.5%Cr3C2、余量WC、WC平均晶粒度0.8 μ m的合金HVlO壓頭下的斷
裂韌性檢測(cè)的壓痕掃描電鏡照片。
[0027]圖9是本發(fā)明實(shí)施例1硬質(zhì)合金(a)與相同粘接金屬Co含量的細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(b)、相同粘接金屬Co含量的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(c)在去離子水浸泡72小時(shí)后的腐蝕情況對(duì)比。
[0028]圖10是本發(fā)明實(shí)施例1硬質(zhì)合金(a)和10%Co、0.5%Cr3C2、余量WC、WC平均晶粒度0.8 μ m的硬質(zhì)合金(b) 240目金剛石砂輪400倍下的磨削截面照片對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例1:按下述步驟本發(fā)明的硬質(zhì)合金:
[0030](I)配備原料:以原料總重量計(jì)100%，取質(zhì)量百分比為63.49%、費(fèi)氏粒度為0.9 μ m的細(xì)晶粒WC，質(zhì)量百分比為5.67%的Co粉，質(zhì)量百分比為2.83%的Ni粉，質(zhì)量百分比為
0.8%的Cr3C2，質(zhì)量百分比為27.21%、費(fèi)氏粒度為1.9 μ m的粗晶粒WC ;上述原料實(shí)際總碳含量為 5.69% (細(xì)晶粒 WC3.90%+Cr3C20.11%+ 粗晶粒 WCl.68%)；
[0031](2)補(bǔ)入(:/胃:合金總碳量平衡修正值取0.03%，合金總碳修正量=原料實(shí)際總碳含量5.69% 一本實(shí)施例合金理論總碳含量5.67% 一合金總碳量平衡修正值0.03%= 一 0.01%,該數(shù)值為負(fù)數(shù)，補(bǔ)入占原料總重量0.01%的炭黑；
[0032](3)將上述細(xì)晶粒WC、Co粉、Ni粉、Cr3C2和補(bǔ)入的炭黑置于球料比4:1 (硬質(zhì)合金球)的球磨機(jī)中球磨25小時(shí)，再加入上述的粗晶粒WC球磨20小時(shí)；采用噴霧干燥工藝制粒，用大噸位液壓機(jī)預(yù)壓成型而后用CIP等靜壓機(jī)壓制成型；
[0033](4)將上述成型后的厚度80mm板材毛坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1480°C，燒結(jié)工藝為550°C以前70小時(shí)，550°C至最終溫度(1480°C ) 20小時(shí)，爐內(nèi)壓力IOMPa ;燒結(jié)完成后在溫度降至900°C時(shí)充入氬氣快速循環(huán)冷卻至100°C以下出爐；
[0034](5)將燒結(jié)后毛坯在真空或氫氣氣氛下回火處理30h小時(shí)，回火溫度為550°C，獲得硬質(zhì)合金的各項(xiàng)性能如表3所示。
[0035]按實(shí)施例1的方法制備實(shí)施例2-10的硬質(zhì)合金，其不同之處在于制備硬質(zhì)合金的原料配比、工藝參數(shù)，詳見表1和表2。
[0036]表1實(shí)施例2-10的原料配比
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金，由按質(zhì)量百分比計(jì)的下列組分制備而成:62.09% ~63.49% 的細(xì)晶粒 WC,26.61% ~27.21% 的粗晶粒 WC、5.21% ~7.10% 的 Co 粉、2.47%~3.87%的Ni粉和0.8%~1.3%的Cr3C2 ;所述細(xì)晶粒WC粒度為0.9μπι~1.5μπι;粗晶粒WC粒度為1.9 μ m~2.8 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金，其特征在于粘結(jié)相中Co和Ni的質(zhì)量比為1.5~2.5:1。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金的制備方法，依次包括以下步驟: (1)將細(xì)晶粒WC與Co粉、Ni粉和Cr3C2球磨，加入粗晶粒WC后再次球磨，制粒并成型； (2)將成型后的毛坯進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1440°C~1480°C； (3)將燒結(jié)后的毛坯在真空或氫氣氣氛下回火處理，回火溫度為450°C~550°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(1)第一次球磨之前補(bǔ)入炭黑或W粉，按式:合金總碳修正量=原料實(shí)際總碳含量一合金理論總碳含量一合金總碳量平衡修正值，合金總碳量平衡修正值為0.03%~0.07% ;若合金總碳修正量為負(fù)數(shù)，則補(bǔ)入與合金總碳修正量等量的炭黑；若合金總碳修正量為正數(shù)，則補(bǔ)入合金總碳修正量+0.0653的W粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(1)第一次球磨25h~40h，第二次球磨20h~30h，第二次球磨后噴霧干燥制粒并等靜壓成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(2)的燒結(jié)時(shí)，550°C以前燒結(jié)時(shí)間為20h~70h，550°C至最終溫度的燒結(jié)時(shí)間為2h~20h。`
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(2)燒結(jié)爐內(nèi)壓力3MPa~IOMPa ;燒結(jié)完成后在溫度降至900°C~1250°C時(shí)充入氬氣快速循環(huán)冷卻至100°C以下出爐。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低載荷高速?zèng)_壓精密模具用硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于步驟(3)回火處理8h~30h小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C29/08GK103667844SQ201310752325
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】余懷民, 涂俊平, 劉艾平 申請(qǐng)人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司