專(zhuān)利名稱(chēng):雙晶優(yōu)化比為2.2的碳化鎢-鈷合金的制法的制作方法
本發(fā)明屬于粉末冶金生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，硬質(zhì)合金的WC晶粒組成及結(jié)晶形態(tài)，對(duì)WC-Co類(lèi)鑿巖硬質(zhì)合金的物理機(jī)械性能及使用效果有著重大的影響，合金的組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系是材料科技人員十分關(guān)注的問(wèn)題。
為制取高抗沖擊能力含鈷量低的WC-Co類(lèi)合金，目前有多種方法。應(yīng)用熱等靜壓技術(shù)生產(chǎn)低孔隙的合金獲得明顯的成效，但設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)成本高昂，投資為采用氫氣鉬絲爐或真空燒結(jié)爐方法生產(chǎn)的3-5倍，推廣受到限制。生產(chǎn)廠家力圖通過(guò)提高WC晶粒尺寸來(lái)提高合金韌性，往往因WC晶粒不夠完整，在沖擊力作用下，易產(chǎn)生“穿晶斷裂”。也由于WC晶粒增粗，晶粒間的鄰接度增大，當(dāng)WC晶粒尺寸增大到某一范圍時(shí)，合金的強(qiáng)度反而下降。因此，WC-Co類(lèi)鑿巖合金的耐沖擊能力問(wèn)題，至今尚未得到滿(mǎn)意的解決。
美國(guó)Rudy教授1976年先后兩次提及“雙重晶粒結(jié)構(gòu)”(dual grain structcere)的概念，并以WC-Tic-Co系切削用硬質(zhì)合金為例作闡述。至于實(shí)踐中如何實(shí)現(xiàn)，能否應(yīng)用于WC-Co類(lèi)鑿巖合金的生產(chǎn)，都未能提及。日本鈴木壽教授還認(rèn)為屬于非均勻類(lèi)的“雙重晶粒結(jié)構(gòu)”硬質(zhì)合金中大WC晶粒將成為裂紋源而降低合金的強(qiáng)度。因此，WC-Co類(lèi)鑿巖合金的理想結(jié)構(gòu)尚未定論，工藝方法也有待于探索。
本發(fā)明的目的在于制取一種“雙重晶粒結(jié)構(gòu)”并且WC晶粒優(yōu)化比K＝2.2±0.1的鑿巖用WC-Co類(lèi)硬質(zhì)合金，此類(lèi)合金其WC晶粒平均尺寸2.2-3.2(微米)，其兩側(cè)有兩個(gè)粒度范圍，它們的個(gè)數(shù)比例關(guān)系是大于平均晶粒尺寸的WC粗＝(30～32)%，小于平均晶粒尺寸的WC細(xì)＝(70～68)%，其優(yōu)化比K＝WC細(xì)/WC粗＝2.2±0.1。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于選用粒度不同的粗細(xì)兩種W粉制取粒度不同結(jié)晶完整的粗、細(xì)兩種W粉，以1∶2的配比作兩次投料分段濕磨最后采取真空磁場(chǎng)燒結(jié)，獲得了鑿巖用WC-Co類(lèi)“雙重晶粒結(jié)構(gòu)”硬質(zhì)合金。
本發(fā)明的方法過(guò)程(1)在于選用一階段還原制得的粒度大于12(微米)的粗W粉和粒度為5～9(微米)的細(xì)W粉，按6.04～6.10%的比例配碳，制取結(jié)晶完整、粗細(xì)不同的兩種WC粉。其總碳含量為(6.12～6.16)%，游離碳則應(yīng)小于0.06%，平均粒度分別為＞12(微米)和＞6(微米)。方法過(guò)程(2)在于選用兩次投料分段濕磨的方法制備混合料。第一次投細(xì)WC粉占WC粉總用量的2/3(重量)和全批量鈷粉，加酒精磨(16～24)小時(shí)。第二次投入粗WC粉，占WC總用量的1/3，加酒精繼續(xù)研磨14～18小時(shí)，具體方案見(jiàn)表一。對(duì)于同一種粒度較粗的WC粉，采用表一的工藝方案，也能得到較大K值的合金，方法過(guò)程之(3)在于選用“磁場(chǎng)燒結(jié)法及其燒結(jié)爐”的燒結(jié)設(shè)備和工藝，在大于100(奧)磁場(chǎng)中，按升溫-固相預(yù)燒-升溫-液相燒結(jié)-冷卻等五個(gè)階段進(jìn)行，其中以固相預(yù)燒和液相燒結(jié)兩個(gè)階段最重要。預(yù)燒溫度在1200-1260℃范圍，并按含鈷量升高或碳含量升高，燒結(jié)溫度取下限，反之取上限。保溫時(shí)間依產(chǎn)品單重確定，單重在12-100克時(shí)，保溫時(shí)間90～120分鐘。燒結(jié)溫度在1460～1420℃范圍。對(duì)于含鈷量(4-10)%(重量)，平均晶粒尺寸2-4(微米)的WC-Co合金，隨含鈷量增加和晶粒降低燒結(jié)溫度適當(dāng)降低，采用普通真空爐燒結(jié)，應(yīng)用以上工藝也能獲得一定效果。
表一 兩次進(jìn)料分段濕磨混料方案
注〔1〕-用f·s·s·s法測(cè)定。
〔2〕-為合金中WC總量的百分?jǐn)?shù)。
采用上述方法生產(chǎn)的合金，WC晶粒的分布狀態(tài)見(jiàn)附圖一、附圖二。其特點(diǎn)是K＝2.2±0.1且具有雙峰分布的規(guī)律。
其實(shí)施例為以橡膠(或石蠟)作成型劑，制取WC-(6～9.5)%鈷的合金，其過(guò)程及效果如下以松裝比重2(克/厘米3)的合格WO3粉，在鉬絲爐和五帶七管爐中用氫氣一次還原成粗、細(xì)兩種不同粒度范圍的鎢粉，并在碳管爐中制取WC粉。還原及碳化工藝制度如下粗W粉的制取以裝舟量2.5公斤/舟，推舟速度每40分鐘推一舟，在1200±10(℃)的鉬絲爐中一次還原得到氧含量0.058%，鐵含量0.005%，平均粒度大于12(微米)的粗W粉。
粗WC粉的制取將粗W粉按6.04～6.10%比例配碳，以每50分鐘推一舟的速度在直徑為128毫米的碳管爐中，在1870±50(℃)的溫度下碳化，得到總碳為(6.14～6.16)%，游離碳小于0.06%，鐵小于0.1%，松裝比重大于5.5(克/厘米3)，平均粒度大于12(微米)的粗WC粉。
細(xì)W粉的制取以裝舟量300克/舟，每25分鐘推一舟的速度，在900～930(℃)的馬弗爐中一次還原得到氧含量0.08%，鐵含量0.003%，松裝比重3.3(克/厘米3)，平均粒度6.4(微米)的細(xì)W粉。
細(xì)WC粉的制取將細(xì)W粉按(6.04～6.10)%比例配碳，以每50分鐘推一舟的速度，在直徑為128毫米的碳管爐中于1750～1800(℃)下碳化，得到總碳(6.14～6.16)%，游離碳小于0.05%，鐵小于0.1%，松裝比重5(克/厘米3)，平均粒度大于6(微米)的細(xì)WC粉。
兩次投料分段濕磨的工藝第一段取細(xì)WC粉123公斤，鈷粉17.3公斤，工業(yè)酒精27立升，裝入180立升的球磨機(jī)內(nèi)研磨23小時(shí);第二段加入粗WC粉60公斤，酒精13立升，球磨14小時(shí)，球料比4∶1，大小球比1∶1。
將料漿干燥后加入濃度11.6%的橡膠汽油溶液80(ml/kg)，在螺旋混合機(jī)中摻和均勻于蒸汽干燥柜內(nèi)干燥，經(jīng)擦篩后制得摻膠(蠟)混合料，經(jīng)成型、壓坯干燥、排膠(蠟)、預(yù)燒等主要工序制成燒結(jié)前的壓坯，此時(shí)壓坯的化學(xué)成份含鈷量8.52%，鐵0.09%，總碳5.51%，氧0.16%。
根據(jù)“均勻磁場(chǎng)燒結(jié)法及其燒結(jié)爐”提供的立式真空磁場(chǎng)燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，具體燒結(jié)工藝如表二表二 WC-8.5%Co合金的燒結(jié)工藝
結(jié)果得到的WC-8.5%Co合金的抗彎強(qiáng)度285(公斤/毫米2)，硬度88.3HRA，頑磁力83(奧)，密度14.81(克/厘米3)，合金斷口粗視組織無(wú)臟化，孔隙度為0.02%，平均晶粒度2.6(微米)。WC的平均晶粒分布規(guī)律如附圖一，其中小于平均晶粒尺寸的細(xì)WC晶粒數(shù)占總數(shù)的69.13%，其優(yōu)化比K＝2.24(即在K＝2.2±0.1以?xún)?nèi))，用K＝2.24的合金柱齒組配直徑為50毫米的釬頭，在f＝12-14石英砂巖中，使用25公斤·米的重型液壓鑿巖機(jī)，平均使用壽命為641(米/只)，純鉆速160(厘米/分)。
用同樣的工藝方法生產(chǎn)的WC-9.5%Co的合金物理機(jī)械性能如下抗彎強(qiáng)度310.2(公斤/毫米2)，硬度88.1(HRA)，頑磁力89(奧)，密度14.59(克/厘米3)，WC的平均晶粒尺寸2.2(微米)，細(xì)WC晶粒數(shù)占總數(shù)的68.3%，其優(yōu)化比K＝2.16(即在K＝2.2±0.1以?xún)?nèi))，如附圖二。
選用上述條件用于石蠟作成型劑的工藝，也能取得相近的效果。
生產(chǎn)優(yōu)化比K＝2.2±0.1的工藝方法也適用于重載切削刀具的生產(chǎn)。
附圖一 WC-8.5%Co合金WC晶粒組成狀態(tài)平均晶粒尺寸2.6(微米) WC細(xì)＝69.13%優(yōu)化比K＝ (WC細(xì))/(WC粗) ＝2.24附圖二 WC-9.5%Co合金WC晶粒組成狀態(tài)平均晶粒尺寸2.2(微米) WC細(xì)＝68.3%優(yōu)化比K＝ (WC細(xì))/(WC粗) ＝2.1權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)“雙重晶粒結(jié)構(gòu)”的WC-Co低鈷鑿巖合金的工藝，本發(fā)明的特征是以?xún)煞N不同粒度范圍的WC粉為原料，按兩次進(jìn)料濕磨混合、經(jīng)真空燒結(jié)制取WC晶粒平均尺寸2.2～3.2(微米)、優(yōu)化比K=2.2±0.1的合金產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制取粗WC的工藝，其特征在于以顆粒度大于12(微米)的W粉，經(jīng)1870±50(℃)的碳管爐中以每50～60分鐘推一舟的速度碳化制取總碳(6.14～6.16)%、游離碳小于0.06%、鐵小于0.1%、松裝比重大于5.5(克/厘米3)、平均粒度大于12(微米)結(jié)晶完整的粗WC粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制取細(xì)WC粉的工藝，其特征在于以粒度大于5(微米)的W粉于1750～1800℃的碳管爐中，以每50分鐘推一舟的速度碳化制取總碳(6.14～6.16)%，游離碳小于0.05%，鐵小于0.1%，松裝比重大于5(克/厘米3)，平均粒度6～12(微米)，結(jié)晶完整的細(xì)WC粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的制取大于5(微米)的W粉的工藝，其特征是WO3粉在900～930(℃)的馬弗爐中一次還原制得6～9(微米)，松裝比重大于5(克/厘米3)的細(xì)W粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的兩次投料濕磨工藝，其特征是第一次將占總WC重量的67%的細(xì)WC粉和按牌號(hào)配定的批量鈷粉以及每公斤粉末加入0.2立升工業(yè)酒精投入球料比為4∶1的滾動(dòng)球磨機(jī)中，研磨23小時(shí)，第二次投入占總WC重量的33%的粗WC粉加入第一次比例相同的酒精，繼續(xù)研磨14小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的WC優(yōu)化比K＝2.2±0.1的“雙重晶粒結(jié)構(gòu)”合金，其特征在于平均晶粒2.2～3.2(微米)小于平均晶粒的細(xì)WC晶粒數(shù)占(68～70)%，大于平均晶粒的粗WC晶粒數(shù)占(32-30)%，其粒度分布為雙峰曲線。
專(zhuān)利摘要
雙晶優(yōu)化比為2.2的WC-Co合金的制法，屬于粉末冶金生產(chǎn)工藝領(lǐng)域。它是制取WC平均晶粒2.2～3.2(微米)具有優(yōu)化比K＝WC細(xì)/WC粗＝2.2±0.1的“雙重晶粒結(jié)構(gòu)”WC-Co類(lèi)合金的工藝方法。此法的特征在于選用兩種不同粒度范圍的WC粉，以分批進(jìn)料濕磨混合的方法制備混合料。最后經(jīng)均勻磁場(chǎng)真空燒結(jié)爐燒結(jié)而制得。此法制得的WC-Co類(lèi)低鈷鑿巖合金，其孔隙度為0.02％，在f＝12-14的石英砂巖中合金的使用壽命超過(guò)600米/只釬頭。
文檔編號(hào)C22C29/08GK85100348SQ85100348
公開(kāi)日1986年8月27日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者譚映國(guó), 張達(dá)明, 周洛三 申請(qǐng)人:中南工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan