具有多组不同成份的团粒结构硬质合金的生产方法

摘要

该发明属于具有多组不同成份团粒结构硬质合金的生产方法。包括球磨配料、制预合金块及预合金粉、第二次配Co及烧结、球磨、第三次配Co及烧结。该发明由于通过配料烧结后制成预合金粉，再配Co；克服了喷雾造粒、烧结合金化团粒，使后续烧结困难，制品孔隙度高、脆性较大等缺陷；此后再通过烧结、破碎、球磨，再配Co、烧结，从而制得具有高钴含量及金相组织呈多组不同成份团粒结构的硬质合金制品。因而本发明具有既可生产具有2组、又可生产具有3组不同成份团粒结构的硬质金制品，其制品应用范围广、高硬度、高耐磨性与强韧性之间一致性好，抗断裂韧性及综合机械性能优良，生产设备的投资及生产成本低等特点。

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金制品的生产方法，特别是一种由多组(多级)不同比例硬质相、粘结相的团粒构成的硬质合金的生产方法。采用该方法生产的硬质合金制品可广泛用作铸铁类切削刀具、金属拉伸模具及冲压模具、耐磨另件、量具，以及石油地质钻探、矿山及煤矿采掘工具等。

背景技术

常规WC-Co基硬质合金材料，WC相是弥散分布在Co相中，其金相组织均匀、机械性能一致。且随着硬质相(WC)粒度的细化，强度、硬度大幅度提高。相应地由于硬质相太细、钴相平均自由程小，因而变形能力差，加之金相组织均匀，抗断裂性较低。因而这种金相结构均匀的硬质合金类制品存在着高硬度、高耐磨性与强韧性之间难以协调的矛盾。即当减少合金中钴(Co)的含量以提高其硬度和耐磨性时，合金体的韧性即随之下降，反之则影响其硬度和耐磨性。如对于切削刀片、金属拉伸模具及冲压模具、矿山及煤矿采掘工具、石油地质钻探工具等硬质合金制品，在使用中既要求具有很高的硬度和耐磨性、又要求具备较强的韧性。而金相组织一致的制品在使用过程中、一旦表面产生裂纹，其裂纹将很快扩展并导致整个工、模具破裂而报废。针对上述缺陷美国阿拉巴玛大学(ALABMA)在博士论文《双重结构硬质合金其微观结构-性能之间的关系》(作者XIN DENG 2002年)中、公开了一种首先采用WC和Co粉混合、掺蜡，配成含Co 6wt％的掺蜡混合料；然后将掺蜡混合料采用喷雾法制得带蜡的团粒，再经250～500℃预烧脱蜡，脱蜡后的团粒在1200℃温度下烧结成合金化团粒；所得合金化团粒再与Co粉简单混合配成总含Co量达16wt％的混合料，最后将该混合料置于热压烧结炉内、在低于液相的温度及35MPa压力下烧结成含Co 6wt％和含Co16wt％的双重(2组)团粒结构的硬质合金。该方法生产出的带双重微观团粒结构的硬质合金制品，虽然在一定程度上克服了金相组织均匀、机械性能一致的硬质合金制品所存在的高硬度、高耐磨性与强韧性之间难以协调、以及在使用中一旦表面产生裂纹，其裂纹将很快扩展而导致合金体破裂、报废等弊病。但却存在其一、只能制备双重(2组)不同成份团粒结构的硬质合金，两组团粒之间的成份中Co含量的梯度(差距)不能太大，否则影响制品综合性能提高；其二、采用喷雾法制得带蜡的团粒，再经预烧脱蜡及合金化烧结，所得合金化团粒呈空心结构，既增加了后续工艺合金烧结的难度，又将造成合金制品的孔隙度高、脆性加大；其三、喷雾法制粒其设备投资昂贵、生产成本高；等缺陷。因此，采用该方法亦难获得综合机械性能更优良的制品。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种具有多组不同成份团粒结构硬质合金的生产方法。以平衡常规硬质合金制品所存在的高硬度、高耐磨性与强韧性之间难以协调的矛盾，降低制品的孔隙度及脆性，在制品的硬度、耐磨性不下降的条件下，大幅度提高其断裂韧性；达到有效提高制品的综合机械性能及应用范围，降低生产设备的投资及生产成本等目的

本发明的解决方案是首先采用原料WC粉与Co粉配成低Co含量混合粉，再经烧结成预合金块，然后将其破碎并球磨制得第一组具有低Co团粒结构的预合金粉料；然后再向预合金粉内补加Co粉至第二组团粒结构拟含Co量、混合均匀后，装入石墨模具内热压烧结成合金块(或真接热压烧结成具有两组不同成作团粒结构的硬质合金制品直接使用)；再将合金块破碎后球磨成粉料、并向粉料中补加Co粉至拟生产合金制品最终含Co量、混合均匀后将混合粉料置于石墨模具中真空热压烧结制得具有三组不同成份团粒结构的硬质合金制品；从而实现其目的。因而，本发明方法包括；

A、球磨配料：以总配料量计，将90-96wt％的工业用WC粉及4-10wt％的Co粉置于球磨机内，球磨混合36-76小时得混合粉料；

B、制预合金块：向混合粉料内加入粉料重1-2wt％的成型剂、球磨混合均匀后压制成坯块，然后送入烧结炉内，在1380-1460℃温度及真空或氢气保护下烧结6-12小时，得预合金块；

C、制预合金粉：首后将所得预合金块机械破碎至≤5mm，然后送入球磨机内球磨12-24小时后，过筛选择出80-160目之间的预合金粉待用；

D、二次配Co及烧结：向预合金粉料中加入Co粉至总Co含量为12-18wt％、球磨混合8-12小时后，装入石墨模具中并送入烧结炉内，在10-25MPa压力及真空或氢气保护下固相烧结1-3小时，得具有2组不同成份团粒结构的硬质合金块或可以直接使用的硬质合金制品；

E、球磨：将由D工序所得合金块机械破碎至≤5.0mm，再送入球磨机内球磨16-24小时后、过筛选择100-180目之间的粉料待用；

F、三次配Co及烧结：将E工序所得粉料球磨混合6-12小时后，将混合粉置于球磨机内并加入Co粉至总Co含量为20-28wt％、球磨混合6-12小时后，将混合粉置于石墨模具中并送入烧结炉内，在10-25MPa及真空或氢气保护下固相烧结1-3小时，随炉冷却、得具有3组不同成份团粒结构的合金制品。

上述E工序在合金块进行机械破碎前，将其加热到750-900℃进行水淬处理后再进行机械破碎，以提高其破碎效率。而所述固相烧结，其烧结温度为1100-1280℃。

本发明由于将WC与Co粉配料后烧结成预合金块，经破碎、球磨成预合金粉再配Co；有效克服背景技术因采用渗腊混合粉料、喷雾造粒、脱蜡预烧，在1200℃左右温度下烧结，得合金化团粒后配Co。所存在的设备投资大，合金化团粒呈空心球结构、后续烧结困难、制品孔隙度高、脆性较大，且只能用于制具有两组不同或份团粒结构的制品等缺陷；本发明方法再通过烧结破碎、球磨配Co、烧结，从而制得具有高钴含量及金相组织呈多组不同成份团粒结构的硬质合金制品。因而，本发明具有所生产制品应用范围广，在高硬度、高耐磨性与强韧性之间一致性好，抗断裂韧性及综合机械性能优良，生产设备的投资及生产成本低，既可生产具有2组，又可生产具有3组不同成份团粒结构的硬质合金等特点。

具体实施方式

实施例1：A、球磨配料：将188kgWC粉及12kgCo粉(均为工业生产用粉)置于球磨机内球磨48小时，得混合粉料；

B、制预合金块：向A工序所得混合粉料内加入浓度为10％的成型剂橡胶溶液3.0kg，球磨混合均匀后压制成10×4×5mm(长×宽×厚)坯块，然后送入烧结炉内，在氢气保护及1420℃±20℃温度下烧结10小时得预合金块；

C、制预合金粉：首先将所得预合金块送入鳄式破碎机破碎至粒度≤5mm，然后送入球磨机内球磨24小时后、过筛选择出80-160目之间的粉料198.0kg待用；

D、配Co及烧结：将由C工序所得预合金粉料及23.5kgCo粉送入球磨机内、球磨机混合10小时后，装入石墨模具中并送入真空热压烧结炉内，在18MPa压力及1200℃温度下烧结2.0小时，得具有2组不同成份团粒结构、总含Co量为16wt％的硬质合金块；

E、球磨：首先将由D工序所得合金块送入马弗炉内加热30分钟至800℃后、立即置于水中淬火处理，然后经鳄式破碎机破碎至≤5mm，再送入球磨机内球磨20小时，过筛选择出100-180目的粉料219kg；

F、配Co及烧结：将E工序所得粉料送入球磨机内并加入16.3kg Co粉、球磨混合8小时后，将混合粉置于石墨钻齿模具中并送入真空热压烧结炉内，在20MPa压力及1250℃温度下烧结2小时，得总含Co量为22wt％、具有3组不同成份团粒结构的硬质合金钻齿制品。

该制品经检测：密度13.0g/cm³、抗弯强度2200kg/mm²，硬度(HRA)为82.6、断裂韧性25.0MPa.m^1/2。

实施例2：其中A、B、C工序及其参数均与实施例1相同；

D、二次配Co及烧结：将C工序所得预合金粉及23.5kgCo粉球磨混合10小时后，置于钎片的石墨模具中、送入真空烧结炉内，在20MPa压力及1250℃温度下烧结2.0小时，得总含Co量为16wt％的硬质合金钎片制品。

该制品经检测：密度13.9g/cm³，抗弯强度1800kg/mm²硬度(HRA)84.0，断裂韧性22.0MPa·m^1/2。