一種高硬度、高韌性硬質(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)合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著硬質(zhì)合金應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，硬質(zhì)合金牌號(hào)和材質(zhì)的研究正朝著超粗和超細(xì)晶粒兩個(gè)方向發(fā)展。超粗WC_Co硬質(zhì)合金的WC顆粒具有晶體結(jié)構(gòu)完整、結(jié)構(gòu)缺陷少、強(qiáng)度和硬度高、微觀應(yīng)變小等一系列優(yōu)點(diǎn)，用其制造的硬質(zhì)合金韌性好、高溫硬度高、蠕變變形小，被廣泛用于礦山工具、石油鉆采工具、采煤機(jī)截齒工具、隧道工程用盾構(gòu)機(jī)刀具、沖壓模具、硬面表面噴涂等。
[0003]超粗礦用硬質(zhì)合金的微觀組織是一種均勻結(jié)構(gòu)，WC顆粒在鈷粘結(jié)相基體上均勻分布。該類硬質(zhì)合金制備的最大難點(diǎn)在于單晶超粗WC顆粒的制備并在合金中保持。國外先進(jìn)硬質(zhì)合金企業(yè)制備的超粗晶硬質(zhì)合金中WC晶粒尺寸約為8 μπι，WC大于10 μ m的超粗晶硬質(zhì)合金未見公開報(bào)道。
[0004]中國專利CN 101787479B公布了一種網(wǎng)狀硬質(zhì)合金，其結(jié)構(gòu)是在硬度較低的硬質(zhì)合金基體上分布一定數(shù)量的另一種高硬度硬質(zhì)合金團(tuán)粒，團(tuán)粒的鈷含量為3.5?6%，基體的鈷含量為6?10%。網(wǎng)狀硬質(zhì)合金在高硬度的巖石中使用壽命可以提高15%。網(wǎng)狀硬質(zhì)合金的團(tuán)粒含有粘結(jié)相，因此，無法避免兩相間熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。同時(shí)，網(wǎng)狀硬質(zhì)合金中含有鈷粘結(jié)相的硬質(zhì)相團(tuán)粒硬度較低，合金綜合性能和使用壽命的改善程度不明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金及其制備方法，具體技術(shù)方案如下:
[0006]—種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金，包括粘結(jié)相和無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒，所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒均勾分布在所述粘結(jié)相上；所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒在硬質(zhì)合金中的質(zhì)量百分比為70?97% ;所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒中，鈷含量小于lwt%，Cr3C2的含量為0.2?0.8wt%,VC的含量為(λ 1?(λ 5wt %，余量為WC。
[0007]進(jìn)一步地，所述WC的晶粒粒徑為0.1 μ m?0.8 μ m，所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑大于10 μ m，HRA硬度大于94。
[0008]進(jìn)一步地，所述粘結(jié)相的成分為鉆、銀、鐵或者二者的混合物。
[0009]進(jìn)一步地，所述高硬度、高韌性硬質(zhì)合金的硬度抓。大于900。
[0010]如上所述的一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金的制備方法，依次包括以下步驟:
[0011 ] (1)將Cr3C2、VC和WC混合形成混合料，然后再與鈷結(jié)合，摻入2wt %?8wt %的成型劑，制成團(tuán)粒，將團(tuán)粒燒結(jié)，獲得致密化的無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒；
[0012](2)將無鈷硬質(zhì)合金與粘結(jié)相混合，濕磨10?40h，然后依次干燥、過篩、壓制成型；最后進(jìn)行燒結(jié)，獲得高硬度、高韌性硬質(zhì)合金。
[0013]進(jìn)一步地，步驟(1)中所述混合料與鈷結(jié)合時(shí)采用的制備方法包括:化學(xué)鍍鈷法，真空磁控濺射鍍鈷法或濕磨混合法。
[0014]進(jìn)一步地，步驟(1)所述燒結(jié)方法包括:真空燒結(jié)法，低壓燒結(jié)法或等離子燒結(jié)法。
[0015]進(jìn)一步地，步驟(2)所述燒結(jié)方式包括:真空燒結(jié)或低壓燒結(jié)；燒結(jié)溫度為1350 ?1500°C。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]本發(fā)明的高硬度、高韌性硬質(zhì)合金，其無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)中制備得到的超粗硬質(zhì)合金的WC顆粒粒徑，減少了 WC與粘結(jié)相的界面面積、增加了粘結(jié)相的自由程和硬質(zhì)合金的耐熱疲勞性能；而且由于WC晶粒細(xì)化，無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的硬度高于超粗WC晶粒的硬度，導(dǎo)致硬質(zhì)合金的耐磨性能增加。與網(wǎng)狀硬質(zhì)合金相比，硬質(zhì)合金團(tuán)粒中基本沒有鉆的存在，因此其耐熱疲勞性能將獲得大幅提尚。此外，本發(fā)明的尚硬度、尚韌性硬質(zhì)合金具有優(yōu)異的斷裂韌性。采用本發(fā)明方法制備得到的高硬度、高韌性硬質(zhì)合金，致密度高，WC晶粒分布均勻。
[0018]制備超粗晶硬質(zhì)合金的難點(diǎn)之一在于，制備晶體結(jié)構(gòu)完整的晶粒尺寸大于10 μ m的WC晶粒時(shí)，需要在2000°C以上高溫條件下完成。本發(fā)明利用無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒代替超粗晶硬質(zhì)合金中的WC顆粒，在低于1500°C的條件下即可得到該產(chǎn)品。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的高硬度、高韌性硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面說明本發(fā)明的實(shí)施形式。實(shí)施形式是為了加深對本發(fā)明的理解而舉出的例子，不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍應(yīng)該是權(quán)利要求中的內(nèi)容。在不超越本發(fā)明要旨的前提下，實(shí)施形式能夠做多種多樣的變更。
[0021]實(shí)施例1
[0022](1)將比表面積粒度為0.15 μ m、碳含量為6.12%的WC粉末，0.7wt% Cr3C2粉末和0.5wt % VC粉末混合，放入磁控濺射粉體鍍膜機(jī)中，在WC粉末顆粒表面鍍鈷膜；鈷的重量達(dá)到0.8被％時(shí)，停止濺射。然后再摻入2.5被％的成型劑、制成團(tuán)粒，將團(tuán)粒在真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，獲得致密化的無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒。無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑大于10 μ m，HRA硬度大于97。
[0023](2)將稱量后的96wt%無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒與4被％鈷粉濕磨12h，然后將混合料進(jìn)行干燥，過60目篩，壓制，最后在真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500°C，獲得WC-Co硬質(zhì)合金，硬度HVi。為1300。
[0024]實(shí)施例2
[0025](1)將比表面積粒度為0.4μπκ碳含量為6.20%的WC粉末，0.5wt% Cr3C2粉末，0.3wt% VC粉末，0.2wt%鈷粉和4wt%的成型劑放入濕磨機(jī)中進(jìn)行球磨。球磨后干燥制成團(tuán)粒，將團(tuán)粒在低壓爐中進(jìn)行燒結(jié)，獲得致密化的無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒。無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑大于20 μ m, HRA硬度大于96。
[0026](2)將稱量后的80wt%無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒與20被％鈷粉濕磨20h，然后將混合料進(jìn)行干燥，過60目篩，壓制，最后在低壓爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350°C，獲得WC-Co硬質(zhì)合金，硬度HVi。為900。
[0027]實(shí)施例3
[0028](1)將比表面積粒度為0.6 μ m、碳含量為6.3%的WC粉末，0.3wt% Cr3C2粉末和0.lwt% VC粉末混合，在WC粉末顆粒表面化學(xué)鍍鈷膜，鈷的重量達(dá)到0.4wt%時(shí)，停止濺射。然后摻入6被％的成型劑、制成團(tuán)粒，將團(tuán)粒在等離子體燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，獲得致密化的無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒。無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑大于25 μπι，HRA硬度大于95。
[0029](2)將無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒與25wt%混合粘結(jié)劑(粘結(jié)劑中鈷鎳鐵的含量分別為40wt%、40被％和20wt% )鈷粉濕磨30h，然后將混合料進(jìn)行干燥，過60目篩，壓制，最后在等離子體燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350°C，獲得硬質(zhì)合金，硬度HVi。為950。
[0030]實(shí)施例4
[0031](1)將將比表面積粒度為0.8μπκ碳含量為6.3%的WC粉末，0.2wt% Cr3C2粉末和0.2wt % VC混合，在WC粉末顆粒表面化學(xué)鍍鈷膜，鈷的重量達(dá)到0.4wt %時(shí)，停止濺射。。然后摻入7.5被％的成型劑、制成團(tuán)粒，將團(tuán)粒在真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，獲得致密化的無鈷硬質(zhì)合金。無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑大于30 μπι，HRA硬度大于94.5。
[0032](2)將無鈷硬質(zhì)合金與8被％鎳粉濕磨30h，然后將混合料進(jìn)行干燥，過60目篩，壓制，最后在低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450°C，獲得WC-Ni硬質(zhì)合金，硬度抓。為
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【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金，包括粘結(jié)相和無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒，所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒均勾分布在所述粘結(jié)相上；其特征在于，所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒在硬質(zhì)合金中的質(zhì)量百分比為70?97% ;所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒中，鈷含量小于lwt%，Cr3C2的含量為0.2?0.8wt %，VC的含量為0.1?0.5wt %，余量為WC。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金，其特征在于，所述WC的晶粒粒徑為0.1 μ m?0.8 μ m，所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑大于10 μ m，HRA硬度大于94。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金，其特征在于，所述粘結(jié)相的成分為鈷、鎳、鐵或者三者的混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金，其特征在于，所述高硬度、高韌性硬質(zhì)合金的硬度HVi。大于900。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟: (1)將Cr3C2、VC和WC混合形成混合料，然后再與鈷結(jié)合，摻入2wt%?8wt %的成型劑，制成團(tuán)粒，將團(tuán)粒燒結(jié)，獲得致密化的無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒； (2)將無鈷硬質(zhì)合金與粘結(jié)相混合，濕磨10?40h，然后依次干燥、過篩、壓制成型?’最后進(jìn)行燒結(jié)，獲得高硬度、高韌性硬質(zhì)合金。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述混合料與鈷結(jié)合時(shí)采用的制備方法包括:化學(xué)鍍鈷法，真空磁控濺射鍍鈷法或濕磨混合法。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述燒結(jié)方法包括:真空燒結(jié)法，低壓燒結(jié)法或等離子燒結(jié)法。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述燒結(jié)方式包括:真空燒結(jié)或低壓燒結(jié)；燒結(jié)溫度為1350?1500°C。
【專利摘要】本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高硬度、高韌性硬質(zhì)合金及其制備方法。所述高硬度、高韌性硬質(zhì)合金包括粘結(jié)相和無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒，所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒均勻分布在所述粘結(jié)相上；所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒在硬質(zhì)合金中的質(zhì)量百分比為70～97％；無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒中，鈷含量小于1wt％，Cr3C2的含量為0.2～0.8wt％，VC的含量為0.1～0.5wt％，余量為WC；所述WC的晶粒粒徑為0.1μm～0.8μm，所述無鈷硬質(zhì)合金團(tuán)粒的粒徑大于10μm，HRA硬度大于94。所述制備方法包括硬質(zhì)合金團(tuán)粒的制備和采用團(tuán)粒制備高硬度、高韌性硬質(zhì)合金。本發(fā)明的高硬度、高韌性硬質(zhì)合金致密度高，WC晶粒分布均勻，具備優(yōu)異的耐磨性和耐熱疲勞性能。
【IPC分類】C22C1/10, C22C29/08, C22C1/05
【公開號(hào)】CN105296834
【申請?zhí)枴緾N201510740834
【發(fā)明人】曹瑞軍, 林晨光, 林中坤, 謝興鋮
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月4日