一種制備硬質(zhì)合金材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備硬質(zhì)合金材料的方法，其包括將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液澆注至模具中，然后置于冷水中冷卻至室溫，得到合金錠；將合金錠車削成細(xì)屑后進(jìn)行粉碎，得到合金粉；將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料；再對(duì)上述硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理。本發(fā)明通過合金液澆注至模具中，然后置于冷水中冷卻至室溫，使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時(shí)間較短，合金元素來不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析；同時(shí)，將WC?Co合金粉進(jìn)行熱壓燒結(jié)和熱處理，可獲得較高的硬度和強(qiáng)度的硬質(zhì)合金材料。
【專利說明】
一種制備硬質(zhì)合金材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及銅基合金材料，具體說是制備硬質(zhì)合金材料的方法。【背景技術(shù)】
[0002]礦山、煤炭和石油鉆探用硬質(zhì)合金的用量很大，這些鑿巖用硬質(zhì)合金工具由于技術(shù)的限制，多年來變化很小，且這些變化無(wú)非是通過精度控制合金純凈度和粘結(jié)相組成等。 目前礦用硬質(zhì)合金工具主要采用WC-Co合金。一般情況下，鉆井用、煤炭開采用和瀝青切割用沖擊式鉆頭上的合金組成為WC和6—ll%Co,而不同用途的合金，因?yàn)槟承┬阅艿奶岣邔?dǎo)致另一些性能的降低。如高耐磨合金通常韌性不好，反之，韌性好的合金耐磨性不佳。降低 Co含量和提高硬度可減少合金磨損，而增加Co含量和加大WC晶粒度可提高沖擊韌性。
[0003]目前，WC-Co合金的制備可采用層壓法、燒結(jié)等工藝，通過這些工藝制備的WC-Co硬質(zhì)合金的WC晶粒呈連續(xù)分布，且具有Co相梯度的合金，細(xì)晶一側(cè)具有較高的硬度，粗晶一側(cè)具有一定的抗彎強(qiáng)度;在燒結(jié)時(shí)，Co相從粗晶一側(cè)迀移至細(xì)晶側(cè)，其硬度和強(qiáng)度還不夠。隨著自然資源的不斷開發(fā)與應(yīng)用，對(duì)礦山用硬質(zhì)合金的要求越來越高，不僅需要較高強(qiáng)度、較好硬度的硬質(zhì)合金工具。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可制備硬度較大、強(qiáng)度較高的制備硬質(zhì)合金材料的方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種制備硬質(zhì)合金材料的方法，其包括以下步驟:(1)將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；(2)將合金液澆注至模具中，然后置于冷水中冷卻至室溫，得到合金錠；(3)將合金錠車削成細(xì)肩后進(jìn)行粉碎，得到合金粉；(4)將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料；(5)再對(duì)上述硬質(zhì)合金材料進(jìn)行燒結(jié)和熱處理。
[0006]作為優(yōu)選，在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。[〇〇〇7] 作為優(yōu)選，熱壓燒結(jié)時(shí)，先以280—320 °C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600°C 溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700 °C溫度燒結(jié)20—30s。
[0008]作為優(yōu)選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時(shí)效處理。
[0009]作為優(yōu)選，固溶處理的溫度為650—700°C，時(shí)間為10—12min。[〇〇1〇] 作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。[〇〇11] 作為優(yōu)選，時(shí)效處理的溫度為300—350°C，時(shí)間為2—3h。[〇〇12]作為優(yōu)選，擠壓成型在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，壓力為1000—1200MPa。
[0013]從以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過合金液澆注至模具中，然后置于冷水中冷卻至室溫，使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時(shí)間較短，合金元素來不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析；同時(shí)，將WC-Co合金粉進(jìn)行熱壓燒結(jié)和熱處理，可獲得較高的硬度和強(qiáng)度的硬質(zhì)合金材料?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]下面將詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明， 但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0015]—種制備硬質(zhì)合金材料的方法，其包括以下步驟:以WC、Co粉為原料，并按Co的含量為5—10wt%配料;然后將WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液澆注至模具中，連同模具迅速置于冷水中冷卻至室溫，得到合金錠;接著將合金錠車削成細(xì)肩后進(jìn)行粉碎，得到合金粉。
[0016]將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料;在擠壓過程中，模具中的金屬粉末處除受到擠壓機(jī)沖頭的正壓力外，還受到模具壁的側(cè)壓力和摩擦力的作用；隨著沖頭的移動(dòng)，模具中的粉末被逐漸壓實(shí)，從而通過模具擠出。為了防止金屬氧化，擠壓成型在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，壓力采用1〇〇〇—1200MPa，這樣可獲得致密度較高的的材料，且性能分布均勻，生產(chǎn)率高；接著對(duì)上述擠壓成型獲得的硬質(zhì)合金材料進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)分三階段進(jìn)行，先以280—320 °C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600 °C溫度燒結(jié) 40—60s，再以650—700°C溫度燒結(jié)20—30s;第一階段屬于燒結(jié)準(zhǔn)備階段，為進(jìn)一步地?zé)Y(jié)凈化環(huán)境;第二階段隨著溫度的升高，合金物質(zhì)顆粒之間開始形成燒結(jié)頸，并相互結(jié)合，顆粒表面氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，從而繼續(xù)參與燒結(jié)，顆粒間的結(jié)合封閉了相互之間的空隙;第三個(gè)階段的燒結(jié)溫度更高，顆粒間的燒結(jié)頸進(jìn)一步長(zhǎng)大，更多的顆粒得到合并，燒結(jié)體得到進(jìn)一步收縮、球化，從而提高制備材料的強(qiáng)度和硬度。
[0017]對(duì)上述粉末冶金材料進(jìn)行熱處理;熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時(shí)效處理；固溶處理的溫度為650—700 °C，時(shí)間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大??；固溶溫度過高，會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大，降低合金強(qiáng)度；固溶溫度過低，晶粒雖較小，但會(huì)導(dǎo)致后續(xù)時(shí)效處理難以發(fā)揮強(qiáng)化合金的作用。
[0018]作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%;時(shí)效處理前對(duì)合金進(jìn)行冷加工變形，可使合金呈現(xiàn)形變強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化的雙重效果;時(shí)效處理的溫度為300—350°C，時(shí)間為2—3h;時(shí)效處理可析出第二相，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化。
[0019]實(shí)施例1將95wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入5wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6wn，Co 粉的粒徑為0.5—0.8wn，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;再將合金液澆注至模具中，并迅速水冷至室溫，得到合金錠;接著將合金錠車削成細(xì)肩后進(jìn)行粉碎，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)采用l〇〇〇MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以 280 °C的溫度燒結(jié)30 s，然后以500 °C溫度燒結(jié)60s，再以650 °C溫度燒結(jié)30 s;隨后以650 °C固溶處理12min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%;最后以300 °C時(shí)效處理3h，得到WC-Co 硬質(zhì)合金材料。測(cè)得該材料的硬度為51.3HRC，剪切強(qiáng)度為621.2MPa。
[0020]實(shí)施例2將92wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入8wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6wn，Co 粉的粒徑為0.5—0.8wn，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;再將合金液澆注至模具中，并迅速水冷至室溫，得到合金錠;接著將合金錠車削成細(xì)肩后進(jìn)行粉碎，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)采用llOOMPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以 300 °C的溫度燒結(jié)25 s，然后以560 °C溫度燒結(jié)50s，再以680 °C溫度燒結(jié)25 s;隨后以680 °C固溶處理1 lmin;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%;最后以330 °C時(shí)效處理2.5h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料。測(cè)得該材料的硬度為68.5HRC，剪切強(qiáng)度為683.2MPa。[〇〇21] 實(shí)施例3將90wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入10wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6_， Co粉的粒徑為0.5—0.8wn，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;再將合金液澆注至模具中，并迅速水冷至室溫，得到合金錠;接著將合金錠車削成細(xì)肩后進(jìn)行粉碎，得到合金粉;將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)采用1200MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以320°C的溫度燒結(jié)20s，然后以600°C溫度燒結(jié)40s，再以700°C溫度燒結(jié)20s;隨后以700°C 固溶處理l〇min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%;最后以350 °C時(shí)效處理2h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料。測(cè)得該材料的硬度為64.3HRC，剪切強(qiáng)度為632.1MPa。
[0022]以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在【具體實(shí)施方式】以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備硬質(zhì)合金材料的方法，其包括以下步驟:(1)將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；(2)將合金液澆注至模具中，然后置于冷水中冷卻至室溫，得到合金錠；(3)將合金錠車削成細(xì)肩后進(jìn)行粉碎，得到合金粉；(4)將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機(jī)擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料；(5)再對(duì)上述硬質(zhì)合金材料進(jìn)行燒結(jié)和熱處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備硬質(zhì)合金材料的方法，其特征在于:在WC粉和Co粉中，Co占 5—10%〇3.如權(quán)利要求1所述制備硬質(zhì)合金材料的方法，其特征在于:熱壓燒結(jié)時(shí)，先以280— 320 °C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600°C溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700°C溫度燒結(jié)20一30s 〇4.如權(quán)利要求1所述制備硬質(zhì)合金材料的方法，其特征在于:熱處理依次采用固溶、冷 壓變形和時(shí)效處理。5.如權(quán)利要求4所述制備硬質(zhì)合金材料的方法，其特征在于:固溶處理的溫度為650— 700°C，時(shí)間為10—12min。6.如權(quán)利要求4所述制備硬質(zhì)合金材料的方法，其特征在于:冷壓變形處理的冷壓變形 量為 30—35%。7.如權(quán)利要求4所述制備硬質(zhì)合金材料的方法，其特征在于:時(shí)效處理的溫度為300— 350°C，時(shí)間為2—3h。8.如權(quán)利要求1所述制備硬質(zhì)合金材料的方法，其特征在于:擠壓成型在保護(hù)氣氛中進(jìn) 行，壓力為 1000—l2〇〇MPa。
【文檔編號(hào)】B22F3/24GK106086574SQ201610606644
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日 公開號(hào)201610606644.4, CN 106086574 A, CN 106086574A, CN 201610606644, CN-A-106086574, CN106086574 A, CN106086574A, CN201610606644, CN201610606644.4
【發(fā)明人】易鑒榮, 唐臻, 林荔珊
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