高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.硬質(zhì)合金具有很高的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性，被譽為“工業(yè)牙齒”，廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。

3.金屬切削刀具主要包括硬質(zhì)合金刀具、高速鋼刀具和其他刀具(包括陶瓷刀具、超硬刀具等)。其中，硬質(zhì)合金刀具比高速鋼切削速度高4～7倍，刀具壽命高5～80倍。硬質(zhì)合金刀具在發(fā)達國家已占刀具類型的主導(dǎo)地位，比重高達70％。而高速鋼刀具卻正以每年1％～2％的速度縮減，所占比例已降至30％以下。

4.近幾年我國切削刀具的產(chǎn)值結(jié)構(gòu)發(fā)生著持續(xù)的變化，綜合性能更優(yōu)越的硬質(zhì)合金刀具市場占比正在不斷提高。硬質(zhì)合金刀具是參與數(shù)字化制造的主導(dǎo)刀具，硬質(zhì)合金刀具市場規(guī)模增長與我國機床裝備數(shù)控化升級的宏觀背景相關(guān)，未來隨著我國制造業(yè)持續(xù)升級，硬質(zhì)合金刀具的規(guī)模占比有望進一步提升，中國刀具企業(yè)通過不斷地學(xué)習(xí)和戰(zhàn)略規(guī)劃，已經(jīng)在市場上占據(jù)了半壁江山。

5.傳統(tǒng)企業(yè)生產(chǎn)的硬質(zhì)合金切削刀片，車削行業(yè)中，用于粗車加工的刀具進刀量大，要求車削快速，刀具需要具備良好的強度與韌性，多采用中顆粒碳化鎢；重力切削硬質(zhì)合金刀具采用中、粗顆粒碳化鎢做原料；精車加工中，精車加工刀具要有高的硬度和高溫硬度，又要有足夠的斷裂韌性多采用超細、亞細、細顆粒碳化鎢。

6.然而，現(xiàn)有技術(shù)中為提高硬質(zhì)合金的韌性，通常采用以下兩種方案，一是增加鈷co的含量，二是采用中粗顆粒的碳化鎢粉末，這兩種方案均會導(dǎo)致硬質(zhì)合金的硬度降低；再者，在粗車加工、精車加工往往使用不同的材質(zhì)的刀具，不具備經(jīng)濟性，對碳化鎢資源也是一種浪費，不符合國家推行的宏觀經(jīng)濟政策。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

7.本發(fā)明的第一個目的是提供一種高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金。

8.本發(fā)明的第二個目的是提供所述wc-co硬質(zhì)合金的制備方法。

9.為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，采取如下技術(shù)方案：

10.高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金，按質(zhì)量百分比計，所述wc-co硬質(zhì)合金包括以下組分：

11.錸re：0.1-2.5％；碳化鉻cr3c2：0.1％-2.0％；碳化釩vc:0％-0.5％；鈷co：8.0％-15.0％；余量為碳化鎢wc。

12.優(yōu)選的，按質(zhì)量百分比計，所述wc-co硬質(zhì)合金包括以下組分：

13.re：0.5％；cr3c2：1.0％；vc:0.1％；co：11.0％；wc:87.4％。

14.優(yōu)選的，所述wc的粒徑為0.6μm。

15.在本發(fā)明中，添加了錸re作為wc-co硬質(zhì)合金的組分之一，錸re可增加鎢鈷顆粒粘性，有效提高燒結(jié)后合金的硬度與斷裂韌性。

16.為實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的，采取如下技術(shù)方案：

17.高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

18.第一步：按組分稱取wc、co、cr3c2、vc、re并混合均勻，得物料；

19.第二步：將所述物料加入加料斗內(nèi)，再將所述加料斗內(nèi)的所述物料倒入裝有球磨介質(zhì)的攪拌球磨機中，球磨得到粉末混合液；

20.第三步：將所述粉末混合液通過攪拌球磨機隔膜泵打至震動濕篩機過濕篩，過濕篩篩網(wǎng)，得混合料液體；

21.第四步：將所述混合料液體干燥，得wc混合料粉末；

22.第五步：將所述wc混合料粉末擠壓或模壓，得到壓坯；

23.第六步：將所述壓坯放入通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并進行還原脫膠，得wc-co硬質(zhì)合金成品。

24.優(yōu)選的，所述球磨介質(zhì)為工業(yè)乙醇。

25.優(yōu)選的，所述球磨時間為6-10h。

26.優(yōu)選的，所述第四步的步驟為：將所述混合料液體直接打進z型干燥器進行干燥，得混合料，將所述混合料進行超聲波震動篩選，得wc混合料粉末。

27.優(yōu)選的，所述第四步的步驟為：將所述混合料液體直接打進噴霧干燥料桶內(nèi)并向所述噴霧干燥料桶內(nèi)加入石蠟，進行噴霧干燥，得wc混合料粉末。

28.在本發(fā)明中，可用兩種干燥方法對混合料液體進行干燥，即將所述混合料液體直接打進z型干燥器中干燥或直接打進噴霧干燥料桶中進行噴霧干燥。

29.優(yōu)選的，所述石蠟的添加量為所述混合料液體重量的1-3％。

30.優(yōu)選的，所述第六步的步驟為：所述第六步的步驟為：將所述壓坯放入已通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并在所述真空燒結(jié)爐的溫度為400-800℃的條件下進行還原脫膠，脫膠完成后向所述真空燒結(jié)爐中通入氬氣，再在所述真空燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為5-10mpa、燒結(jié)溫度為1400-1450℃的條件下維持燒結(jié)狀態(tài)1-4h，得wc-co硬質(zhì)合金成品。

31.本發(fā)明的有益效果：

32.(1)本發(fā)明技術(shù)方案通過摻雜稀有金屬錸re，能夠使鎢的再結(jié)晶起始溫度升高300～500℃，同時金屬錸re能抑制碳化鎢晶粒長大，制備的碳化鎢合金具有良好的高硬度和高斷裂塑性，得到一種粗精加工一體的新型鈷硬質(zhì)合金。

33.(2)本發(fā)明在不改變傳統(tǒng)細晶碳化鎢鈷硬質(zhì)合金制備工藝，通過添加金屬錸re，使細晶碳化鎢與鈷粉末之間的粘結(jié)性提高，燒結(jié)中降低碳化鎢在鈷中的溶解析出，最終得到的鎢鈷合金具有良好的硬度度和韌性。

附圖說明

34.圖1:對比例一的細晶碳化鎢硬質(zhì)合金金相圖。

35.圖2:實施例一的wc-co硬質(zhì)合金金相圖。

36.圖3:實施例二的wc-co硬質(zhì)合金金相圖。

具體實施方式

37.通過下面給出的本發(fā)明的具體實施例可以進一步清楚地了解本發(fā)明，但它們不是對本發(fā)明的限定。

38.對比例一

39.未添加金屬錸re的wc-co硬質(zhì)合金

40.按質(zhì)量百分比計，未添加金屬錸re的硬質(zhì)合金包括以下組分

41.cr3c2：1.0％；vc:0.1％；co：11.0％；wc：87.9％，平均粒度0.6um，質(zhì)量總和100％。

42.第一步：按組分稱取wc、co、cr3c2、vc并混合均勻，得物料；

43.第二步：將物料加入加料斗內(nèi)，再將加料斗內(nèi)的物料倒入裝有工業(yè)乙醇的攪拌球磨機中，球磨6-10h后得到粉末混合液；

44.第三步：將粉末混合液通過攪拌球磨機隔膜泵打至震動濕篩機過400目濕篩篩網(wǎng)，得混合料液體；

45.第四步：將混合料液體進行干燥，干燥后加添加成型劑進行摻膠，得wc混合料粉末；

46.第五步：將wc混合料粉末通過柱塞式擠壓機擠壓成型，得到壓坯；

47.第六步：將壓坯放入已通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并在真空燒結(jié)爐的溫度為400-800℃的條件下進行還原脫膠，脫膠完成后向真空燒結(jié)爐中通入氬氣，再在真空燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為5-10mpa、燒結(jié)溫度為1400-1450℃的條件下維持燒結(jié)狀態(tài)1-4h，得wc-co硬質(zhì)合金成品。

48.本對比例一所得的wc-co硬質(zhì)合金成品為細晶碳化鎢硬質(zhì)合金，其檢測結(jié)果如表1所示，根據(jù)圖1的結(jié)果可知細晶碳化鎢硬質(zhì)合金有晶粒粗大現(xiàn)象產(chǎn)生。

49.實施例一

50.高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金，按質(zhì)量百分比計，所述wc-co硬質(zhì)合金包括以下組分：

51.re：0.5％；cr3c2：1.0％；vc:0.1％；co：11.0％；wc:87.4％，wc的粒徑為0.6μm。

52.高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

53.第一步：按組分稱取wc、co、cr3c2、vc、re并混合均勻，得物料；

54.第二步：將物料加入加料斗內(nèi)，再將加料斗內(nèi)的物料倒入裝有工業(yè)乙醇的攪拌球磨機中，球磨6-10h后得到粉末混合液；

55.第三步：將粉末混合液通過攪拌球磨機隔膜泵打至震動濕篩機過400目濕篩篩網(wǎng)，得混合料液體；

56.第四步：將混合料液體直接打進z型干燥器進行干燥，得混合料，將混合料進行超聲波震動篩選，得wc混合料粉末；

57.第五步：將wc混合料粉末通過柱塞式擠壓機擠壓成型，得到壓坯；

58.第六步：將壓坯放入已通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并在真空燒結(jié)爐的溫度為400-800℃的條件下進行還原脫膠，脫膠完成后向真空燒結(jié)爐中通入氬氣，再在真空燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為5-10mpa、燒結(jié)溫度為1400-1450℃的條件下維持燒結(jié)狀態(tài)1-4h，得wc-co硬質(zhì)合金成品。

59.本實施例一的wc-co硬質(zhì)合金成品的檢測結(jié)果如表1所示，根據(jù)圖2的結(jié)果可知本

實施例一的wc-co硬質(zhì)合金成品的晶粒粗細均勻，無明顯長大現(xiàn)象。

60.實施例二

61.高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金，按質(zhì)量百分比計，所述wc-co硬質(zhì)合金包括以下組分：

62.re：0.5％；cr3c2：1％；vc:0.1％；co：10％；wc:88.4％，wc的粒徑為0.6μm。

63.高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

64.第一步：按組分稱取wc、co、cr3c2、vc、re并混合均勻，得物料；

65.第二步：將物料加入加料斗內(nèi)，再將加料斗內(nèi)的物料倒入裝有工業(yè)乙醇的攪拌球磨機中，球磨6-10h后得到粉末混合液；

66.第三步：將粉末混合液通過攪拌球磨機隔膜泵打至震動濕篩機過濕篩，過濕篩篩網(wǎng)，得混合料液體；

67.第四步：將混合料液體直接打進噴霧干燥料桶內(nèi)并向噴霧干燥料桶內(nèi)加入添加量為混合料液體重量的1-3％的石蠟，進行噴霧干燥，得wc混合料粉末。

68.第五步：將wc混合料粉末加入自動粉末壓機中模壓，得到壓坯；

69.第六步：將壓坯放入已通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并在真空燒結(jié)爐的溫度為400-800℃的條件下進行還原脫膠，脫膠完成后向真空燒結(jié)爐中通入氬氣，再在真空燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為5-10mpa、燒結(jié)溫度為1400-1450℃的條件下維持燒結(jié)狀態(tài)1-4h，得wc-co硬質(zhì)合金成品。

70.本實施例二的wc-co硬質(zhì)合金成品的檢測結(jié)果如表1所示，根據(jù)圖3的結(jié)果可知本實施例二的wc-co硬質(zhì)合金成品的晶粒粗細均勻，無明顯長大現(xiàn)象。

71.表1對比例一、實施例一和實施例二的檢測結(jié)果

[0072][0073]

對比例一：未添加金屬re。

[0074]

實施例一和實施例二：均添加金屬re。

[0075]

從圖1、圖2、圖3和表1的檢測結(jié)果可看出，添加了金屬re的碳化鎢樣品，硬度，斷裂韌性明顯比無添加re硬質(zhì)合金高，同時晶粒粗細均勻，無明顯晶粒長大現(xiàn)象，有較高的硬度的同時，又有足夠的斷裂韌性。

[0076]

以上所述僅是本發(fā)明的實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。技術(shù)特征：

1.高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金，其特征在于，按質(zhì)量百分比計，所述wc-co硬質(zhì)合金包括以下組分：re：0.1-2.5％；cr3c2：0.1％-2.0％；vc:0％-0.5％；co：8.0％-15.0％；余量為wc。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金，其特征在于，按質(zhì)量百分比計，所述wc-co硬質(zhì)合金包括以下組分：re：0.5％；cr3c2：1.0％；vc:0.1％；co：11.0％；wc:87.4％。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金，其特征在于，所述wc的粒徑為0.6μm。4.權(quán)利要求1-3任一項所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：第一步：按組分稱取wc、co、cr3c2、vc、re并混合均勻，得物料；第二步：將所述物料倒入裝有球磨介質(zhì)的攪拌球磨機中，球磨得到粉末混合液；第三步：將所述粉末混合液通過攪拌球磨機隔膜泵打至震動濕篩機過濕篩，過濕篩篩網(wǎng)，得混合料液體；第四步：將所述混合料液體干燥，得wc混合料粉末；第五步：將所述wc混合料粉末擠壓或模壓，得到壓坯；第六步：將所述壓坯放入通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并進行還原脫膠，得wc-co硬質(zhì)合金成品。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，所述球磨介質(zhì)為工業(yè)乙醇。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，所述球磨時間為6-10h。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，所述第四步的步驟為：將所述混合料液體直接打進z型干燥器進行干燥，得混合料，將所述混合料進行超聲波震動篩選，得wc混合料粉末。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，所述第四步的步驟為：將所述混合料液體直接打進噴霧干燥料桶內(nèi)并向所述噴霧干燥料桶內(nèi)加入石蠟，進行噴霧干燥，得wc混合料粉末。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，所述石蠟的添加量為所述混合料液體重量的1-3％。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高韌性、高硬度的wc-co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，所述第六步的步驟為：將所述壓坯放入已通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并在所述真空燒結(jié)爐的溫度為400-800℃的條件下進行還原脫膠，脫膠完成后向所述真空燒結(jié)爐中通入氬氣，再在所述真空燒結(jié)爐內(nèi)的壓力為5-10mpa、燒結(jié)溫度為1400-1450℃的條件下維持燒結(jié)狀態(tài)1-4h，得wc-co硬質(zhì)合金成品。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種高韌性、高硬度的WC-Co硬質(zhì)合金及其制備方法,按質(zhì)量百分比計，WC-Co硬質(zhì)合金包括以下組分：Re：0.1～2.5％；Cr3C2：0.1～2.0％；VC:0～0.5％；Co：8.0～15.0％；余量為WC。WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法包括以下步驟：(1)按組分稱取WC、Co、Cr3C2、VC、Re并混合均勻，得物料；(2)將物料球磨得到粉末混合液；(3)將粉末混合液隔膜泵打至震動濕篩機過濕篩，得混合料液體；(4)將混合料液體干燥得WC混合料粉末；(5)將WC混合料粉末擠壓或模壓得壓坯；(6)將壓坯放入通入氫氣的真空燒結(jié)爐中燒結(jié)并還原脫膠，得WC-Co硬質(zhì)合金成品。本發(fā)明材料的組成簡單，通過添加摻雜稀有金屬錸Re，增加鎢鈷顆粒粘性，可有效提高燒結(jié)后合金的硬度與斷裂韌性。裂韌性。裂韌性。

技術(shù)研發(fā)人員：邱樹釗 黃華榮 翁澤鵬 陳琳 戴湘平 郭兵兵 陳偉東

受保護的技術(shù)使用者：廣東翔鷺鎢業(yè)股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.04.21

技術(shù)公布日：2022/8/30