專利名稱：一種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法，特別涉及ー種特粗晶WC-C0硬質(zhì)合金及其制備 ェ藝。
背景技術(shù)：
礦用工具、挖掘工具使用過程中，硬質(zhì)合金零件承受循環(huán)載荷和摩擦力的作用，因而產(chǎn)生瞬間高溫，使合金承受熱疲勞應(yīng)カ和機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致合金表面微觀剝落與微觀斷裂， 以及高溫磨粒磨損。在合金齒和巖石、水泥作用的1/10秒瞬間，壓力由O増加到10噸時(shí)， 合金齒表面溫度可由室溫増加到800°c 1000°C，合金使用過程中易產(chǎn)生熱疲勞裂紋(蛇皮裂紋)。近年來，由于煤田開采及隧道工程的不斷發(fā)展，作為采煤機(jī)和隧道掘進(jìn)用盾構(gòu)機(jī)的刀頭材料，硬質(zhì)合金的消耗量與日俱增，采煤機(jī)和盾構(gòu)機(jī)都是在井下作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，刀頭更換、維修難度大，一般都要盡量減少更換維修次數(shù)，這就對硬質(zhì)合金刀頭提出了很高的性能要求。雖然我國硬質(zhì)合金的總產(chǎn)量居世界第一，占到世界總產(chǎn)量的40%以上，但采煤機(jī)和盾構(gòu)機(jī)刀頭用高性能硬質(zhì)合金的市場份額還不足2%,目前國內(nèi)采煤機(jī)和盾構(gòu)機(jī)刀頭用硬質(zhì)合金產(chǎn)品質(zhì)量都還或多或少的存在問題，難以被行業(yè)普遍認(rèn)可，還沒有一家硬質(zhì)合金企業(yè)能夠穩(wěn)定的生產(chǎn)與供應(yīng)采煤機(jī)和盾構(gòu)機(jī)刀頭用高性能硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金的ー些重要物理性能，如導(dǎo)熱率、熱膨脹系數(shù)等與硬質(zhì)合金的成分有關(guān)。 和合金中的WC相比，粘結(jié)相Co、Ni Je的熱導(dǎo)率低，熱膨脹系數(shù)高，低的Co含量有利于提高合金的導(dǎo)熱率，同時(shí)降低合金的熱膨脹系數(shù)，另ー方面，高的粘結(jié)相含量有利于提高合金的橫向斷裂強(qiáng)度和斷裂韌性性能，這兩個(gè)性能也是合金承受高沖擊載荷條件下必須具備的。在鈷含量相同的情況下，與普通的WC硬質(zhì)合金相比，WC特粗晶硬質(zhì)合金有以下的特點(diǎn)(1)硬度高:WC屬于六方晶系的各向異性晶體，根據(jù)其晶面取向或者是晶面指數(shù)的不同，其物理、機(jī)械性能也不同。(2)韌性好在普通合金中微細(xì)裂紋是在最為薄弱的WC/WC晶界面或WC/Co晶界面處擴(kuò)展的，而在特粗晶硬質(zhì)合金中，微細(xì)裂紋或是繞過WC粗晶晶粒，呈“之”字形擴(kuò)展，或是穿過WC晶粒進(jìn)行擴(kuò)展.如果是呈“之”字形擴(kuò)展，必須具有與斷裂面積相匹配的能量，如果是穿過堅(jiān)韌的WC晶粒，則必須具有相當(dāng)大的斷裂能。所以，特粗晶WC晶?？梢宰柚刮⒓?xì)裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，提高合金的韌性。(3)高溫硬度高、蠕變變形小在1000°C的高溫下，特粗晶硬質(zhì)合金的高溫硬度比普通的硬質(zhì)合金的硬度要高，顯示出良好的紅硬性。圍繞特粗晶硬質(zhì)合金的研究開發(fā)國外一些企業(yè)進(jìn)行了大量研究，雖然在公開刊物上發(fā)表的研究成果很少，但從其產(chǎn)品性能指標(biāo)、應(yīng)用情況等信息可以看出，國外在粗晶粒合金研究方面已由WC晶粒度3μπι向5μπι以上的特粗晶粒硬質(zhì)合金方向發(fā)展。國產(chǎn)硬質(zhì)合金晶粒度一般在0.4 3.5μπι范圍內(nèi)，對晶粒度在3. 5 μ m以上的粗晶硬質(zhì)合金雖然進(jìn)行了多年的研究，但在合金晶粒度大小、晶粒發(fā)育完整性、均勻性以及合金性能、使用壽命等方面與國外產(chǎn)品相比仍有較大差距，難以滿足相關(guān)行業(yè)對高壽命特粗晶產(chǎn)品的需求。傳統(tǒng)的在現(xiàn)有的粗晶硬質(zhì)合金生產(chǎn)及科研過程中，基本采用單一碳化鎢粉制備硬質(zhì)合金，此種エ藝生產(chǎn)的硬質(zhì)合金，從金相上分析，晶粒粒度分布區(qū)寬，難以制備特粗晶硬質(zhì)合金。在硬質(zhì)合金生產(chǎn)過程中，在高溫固溶強(qiáng)化階段，大顆粒的WC吸附小于自身內(nèi)徑數(shù)倍的細(xì)顆粒WC，破壞兩者間的晶界，熔為一體，使WC晶粒繼續(xù)長大，這是由于在固溶階段， 一部分表面能高的WC (微細(xì)WC，濕磨造成的晶內(nèi)點(diǎn)陣畸變、位錯(cuò)的WC等)，不斷溶解和已溶解的WC(溶解度達(dá)飽和)不斷析出并在未溶的表面能低的WC(粗大WC)上沉積(WC越粗、 表面能越低，越優(yōu)先沉積)，這是ー個(gè)表面能高的、不穩(wěn)定的WC變成表面能低的、穩(wěn)定的WC 的過程。所以，通過將特粗碳化鎢粉(Fsss = 30 μ m)與亞細(xì)碳化鎢粉(Fsss = 0. 8 μ m)按照特定比例混合，一方面能増大硬質(zhì)合金平均金相粒度，另ー方面能控制晶粒分布區(qū)。美國專利5505902和55四804公開了制備超粗晶粒硬質(zhì)合金的方法，兩個(gè)專利中公開了制備超粗晶粒硬質(zhì)合金的方法是將粗顆粒的WC粉通過噴射研磨分散和分級篩分。 去除細(xì)的WC顆粒，只選用粗粒度的部分WC，然后對這些WC進(jìn)行Co涂覆。專利5505902采用的方法是熔膠一凝膠法.將WC、甲醇和三乙胺在反應(yīng)器中混合，當(dāng)加熱時(shí)甲醇會(huì)蒸發(fā)，Co 在WC晶粒上沉淀形成熔膠凝膠。專利55四804采用的方法是多元醇法，將Co的醋酸鹽+ 水+WC混合后進(jìn)行噴霧干燥，并對混合エ序エ藝進(jìn)行了改進(jìn)。以避免粗顆粒WC的破碎。用以上專利方法生產(chǎn)的混合料再采用常規(guī)的壓制成型和燒結(jié)方法即可制備鈷含量為6%平均晶粒度在13 — 14 μ m的硬質(zhì)合金，并且很容易將孔隙控制在A02 B02之間。以上兩種美國專利雖然能制備除晶粒均勻的特粗WC粉，但三乙胺有劇毒，不適合安全生產(chǎn)，水劑噴霧在國內(nèi)也剛剛開始起歩，需要高純的去離子水，不適合回收循環(huán)利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種エ藝方法簡單、操作方便、制備的硬質(zhì)合金平均晶粒度大、晶粒分布區(qū)窄的特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金及其制備エ藝。本發(fā)明ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金，包括下述組分按重量百分比組成Co 5-15%，余量為WC，WC的平均晶粒度為6-10 μ m。本發(fā)明ー種特粗晶硬質(zhì)合金中，所述Co的粒度為ト3μπι。本發(fā)明ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝，包括下述步驟第一歩碳化鎢預(yù)球磨粉的制備分別取粒度為(觀-31) μ m的特粗碳化鎢粉與粒度為(0. 6-1) μ m的亞細(xì)碳化鎢粉混合，進(jìn)行一次球磨，球磨時(shí)間8-12小吋，得碳化鎢預(yù)球磨粉；所述特粗碳化鎢粉與亞細(xì)碳化鎢粉的質(zhì)量比為(6-12) 1; 一次球磨エ藝參數(shù)為球料比(2-3) 1，轉(zhuǎn)速34-40轉(zhuǎn) /分鐘，球磨介質(zhì)汽油；第二步碳化鎢-鈷-成形劑混合粉末的制備將第一歩所得碳化鎢預(yù)球磨粉與鈷粉、成型劑混合，進(jìn)行二次球磨6-8小吋，得到碳化鎢-鈷混合粉末，所述鈷粉、成型劑的添加量分別占碳化鎢預(yù)球磨粉質(zhì)量的5-15%、 0. 5-1 %，所述鈷粉的粒度為1-3 μ m ；所述成型劑選自樹脂改良的順式1，4-聚丁ニ烯橡膠溶液，溶液濃度為20-24%，溶劑為汽油；二次球磨エ藝參數(shù)為球料比(0.4-0. 6) 1，轉(zhuǎn)速34-40轉(zhuǎn)/分鐘，球磨介質(zhì)汽油；第三步壓坯、燒結(jié)將第二步所得碳化鎢-鈷混合粉末按常規(guī)制坯エ藝壓制成壓坯，按兩步加熱燒結(jié) エ藝進(jìn)行燒結(jié)；壓制壓カ為30噸；1、加熱脫除成形劑加熱エ藝參數(shù)為在氫氣保護(hù)氣氛下，以2-6 °C /分鐘的加熱速度升溫至 380-420°C保溫100-200分鐘，加熱及保溫過程維持爐內(nèi)氫氣流速為4_5立方米/每小時(shí)； 然后，控制爐內(nèi)氫氣與甲烷的體積比為0.5-3) (1-2)，氫氣與甲烷總氣量的流速仍為 4-5立方米/毎小吋，以1_3°C /分鐘的加熱速度升溫至600-630°C保溫20-50分鐘后，讓壓坯隨爐冷卻至室溫；2、燒結(jié)以氬氣為保護(hù)氣氛，將脫除成形劑的壓坯置于燒結(jié)爐中，加熱至1435°C -1445°C 保溫50-70分鐘后，隨爐冷卻至室溫，得到特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金，燒結(jié)過程保持爐內(nèi)壓力為3-7兆帕。 本發(fā)明ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝中，所述樹脂改良的順式1，4-聚丁 ニ烯橡膠溶液是將順式1，4-聚丁ニ烯橡膠與萜烯樹脂按15 5的比例混合，以汽油為溶劑，配置成濃度為20-24%的溶液。本發(fā)明ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝中，所述特粗碳化鎢粉是將粒度為5μπι的氧化鎢粉加熱至1200°C高溫還原得到鎢粉，在所得鎢粉中摻入占鎢粉重量 0. 8-1. 2%的鈷粉及炭黑后，加熱至1700°C高溫碳化，得到粒度為觀-31 μ m的碳化鎢粉；所述炭黑的加入量按碳化鎢中化合碳總量控制在6. 12%的比例添加。本發(fā)明ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝中，所述燒結(jié)得到的特粗晶 WC-Co硬質(zhì)合金采用雙室高壓氣淬爐加熱至1四0-1310で，進(jìn)行氣淬，氣淬氣體壓カ為 4. 5-5. ^ar，氣淬氣體為氬氣。本發(fā)明由于采用上述組分配比及制備エ藝方法，其機(jī)理簡述于下1、采用高溫還原高溫碳化的エ藝，并在碳化過程中往W粉中添加適量鈷粉，利用 Co粉的低熔點(diǎn)及對W粉碳化反應(yīng)的催化作用，保證晶粒發(fā)育完整促進(jìn)晶粒長大，增大碳化鎢化合碳含量，保證碳化完全，同時(shí)縮短碳化時(shí)間，降低碳化溫度?？朔四壳皣鴥?nèi)外生產(chǎn)特粗WC粉采用的WOx (氧化鎢)摻雜堿金屬后，在低于1000°c的溫度下還原制備出超粗W 粉，而后在1980°c下高溫碳化制備超粗WC粉，存在WC粉末的聚集程度高，粉末粒度不夠粗大，晶粒不均勻，粒度分布區(qū)寬，同吋，W粉粒度越大，若要保證碳化完全，WC粉會(huì)炸裂，形成許多細(xì)小WC顆粒的缺陷。2、利用在高溫固溶強(qiáng)化階段，大顆粒的WC吸附小于自身內(nèi)徑數(shù)倍的細(xì)顆粒WC，破壞兩者間的晶界，熔為一體，使WC晶粒繼續(xù)長大，這是由于在固溶階段，一部分表面能高的 WC(微細(xì)WC，濕磨造成的晶內(nèi)點(diǎn)陣畸變、位錯(cuò)的WC等)，不斷溶解和已溶解的WC(溶解度達(dá)飽和)不斷析出并在未溶的表面能低的WC(粗大WC)上沉積(WC越粗、表面能越低，越優(yōu)先沉積)，這是ー個(gè)表面能高的、不穩(wěn)定的WC變成表面能低的、穩(wěn)定的WC的過程。所以，通過將特粗碳化鎢粉(Fsss = 30 μ m)與亞細(xì)碳化鎢粉(Fsss = 0. 8 μ m)按照特定比例混合，一方面能増大硬質(zhì)合金平均金相粒度，另ー方面能控制晶粒分布區(qū)。其理論依據(jù)為
在硬質(zhì)合金在固溶階段，一部分表面能高的WC(微細(xì)WC，濕磨造成的晶內(nèi)點(diǎn)陣畸變、位錯(cuò)的WC等)，不斷溶解和已溶解的WC (溶解度達(dá)飽和)不斷析出并在未溶的表面能低的WC(粗大WC)上沉積(WC越粗、表面能越低，越優(yōu)先沉積)，其反應(yīng)機(jī)理如下式S警(ト)其中；熱力學(xué)平衡態(tài)的平均晶粒尺寸(nm)r晶粒尺寸(nm)D溶質(zhì)原子的擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)γ 比界面能(J/m2)Coc溶質(zhì)的溶解度(mol Γ1)Ω 摩爾容積(m3/mol)T 溫度(K)t燒結(jié)時(shí)間(S)通過以上公式，有以下推斷Q)當(dāng)凡/矻=0,(2)色r く； ,drldt<Q，小顆粒溶解
(3)當(dāng)r〉7 A /矻> 0，大顆粒長大(4)當(dāng)r =2 7於/か變?yōu)樽畲笾?，長大速度加快(5)在長大過程中，小顆粒溶解，大顆粒長大同時(shí)進(jìn)行，降低微粒量，増大平均晶粒尺寸，當(dāng)r >27，長大的速率將降低。3、采用高純度，低灰分的橡膠成型劑，其主體為順式1，4_聚丁ニ烯橡膠，能完全溶于高純度汽油，溶液中不會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，始終保持濃度均勻性，適于維持整批混合料摻膠均勻性。通過樹脂改良后，利于混合料制粒，改善混合料流動(dòng)性。特別是通過控制成型劑脫除エ藝，利于精準(zhǔn)控制殘?zhí)剂?，其エ藝采用兩段式加熱并控制環(huán)境氣氛中甲烷與氫氣的量，使氣氛中氫氣與甲烷的量維持可以阻止甲烷裂解。由于順式1，4_聚丁ニ烯橡膠與樹脂的混合成型劑，在300°C以后，橡膠及樹脂開始裂解，其基本反應(yīng)式如下CH4(氣)=2 (氣)+C(固)按平衡態(tài)比列，控制氫氣與甲烷在不同的脫膠溫度區(qū)的量，脫膠時(shí)間持續(xù)10小吋，最高溫度達(dá)到630°C，產(chǎn)品的總碳能嚴(yán)格控制在エ藝參數(shù)內(nèi)，并且整爐產(chǎn)品各個(gè)位置的總碳結(jié)果偏差控制在士 0.025% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))內(nèi)，經(jīng)過燒制后，整爐各個(gè)位置產(chǎn)品矯頑磁力偏差控制在士0. 5KA/M，實(shí)現(xiàn)了整爐產(chǎn)品精準(zhǔn)控碳及成型劑脫除均勻。4、燒結(jié)性能控制燒結(jié)最終溫度根據(jù)合金鈷含量確定，基本處于1435°C _1445°C之間，保溫時(shí)間 60min左右，并通入氬氣給合金施以5兆帕左右壓力，由于合金孔隙外的壓カ大于孔隙內(nèi)的壓力，液相包裹的WC沿毛細(xì)管滲入孔隙，孔隙減?。欢谛秹弘A段，氬氣從合金表面逸出， 其孔隙被液相填充，使合金內(nèi)部孔隙完全閉合。5、采用雙室高壓氣淬熱處理技術(shù)強(qiáng)化粘結(jié)相，改善合金的強(qiáng)韌性對特粗晶硬質(zhì)合金進(jìn)行高壓氣淬處理，將淬火溫度提高到1300°C左右，氣淬壓力控制在^ar左右，從而使合金淬火加熱溫度提高到出現(xiàn)共晶點(diǎn)的淬火溫度，使呈密排立方晶型的鈷相向具有塑性的面心立方晶型轉(zhuǎn)變，提高硬質(zhì)合金的塑性，即提高合金的抗彎強(qiáng)度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、經(jīng)過還原碳化工藝后，碳化鎢的費(fèi)氏粒度達(dá)到30 μ m，晶粒生長完整，碳化完全。2、硬質(zhì)合金的金相組織必須是正常的兩相結(jié)構(gòu)，盡量控制在高碳側(cè)，碳化鎢鄰接度尚。3、硬質(zhì)合金的組織結(jié)構(gòu)中碳化鎢晶粒度分布窄，基本為粗大顆粒，金相平均晶粒度達(dá)到6 μ m或6 μ m以上，以阻止硬質(zhì)合金在使用過程中的裂紋擴(kuò)展。4、合金內(nèi)部孔隙度低，沒有組織缺陷，如裂紋和分層。5、鈷粘結(jié)相以較多的面心立方結(jié)構(gòu)存在。綜上所述，本發(fā)明工藝方法簡單、操作方便、制備的硬質(zhì)合金平均晶粒度大、晶粒分布區(qū)窄，合金具有高的熱導(dǎo)率、低的熱膨脹系數(shù)、好的高溫磨損性能、高的橫向斷裂強(qiáng)度和高的斷裂韌性性能，有效提高合金抗熱疲勞裂紋能力，適于礦用工具、挖掘工具的使用。


附圖1為采用本發(fā)明方法制備的特粗WC粉電鏡形貌照片(1000X)。附圖2為傳統(tǒng)工藝制備的特粗WC粉電鏡形貌照片(1000X)。附圖3為發(fā)明實(shí)施例1制備的WC-6% Co硬質(zhì)合金金相照片(1500X)。附圖4為對比例單純采用特粗碳化鎢粉制備的WC-6% Co硬質(zhì)合金金相照片 (1500X)。附圖5為國外制備的WC-7% Co合金金相照片(1500X)。附圖6為本發(fā)明實(shí)施例2制備的WC-7% Co合金金相照片(1500X)。附圖7為本發(fā)明實(shí)施例3制備的WC-15% Co合金金相照片(1500X)附圖8為對比例2制備的WC-15% Co合金金相照片(1500X)從附圖1、2的WC電鏡形貌照片上看，采取傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的碳化鎢粉，碳化不完全， 聚集程度高，晶粒棱角多，不夠圓潤，晶粒發(fā)育不完整，采用本發(fā)明方法制備的碳化鎢晶粒表面呈現(xiàn)明顯的生長臺階與生長平面，其結(jié)晶完整性好，碳化完全，碳化鎢晶粒粗大，粒度分布均勻。對照附圖3、4，兩種硬質(zhì)合金在相同倍數(shù)下的金相，本發(fā)明實(shí)施例1采用微量細(xì)鎢粉經(jīng)過強(qiáng)化球磨后與特粗碳化鎢混合燒結(jié)，由于細(xì)鎢粉經(jīng)過強(qiáng)化球磨后，發(fā)生了晶內(nèi)點(diǎn)陣畸變及位錯(cuò)，表面能增高，在固溶過程中不斷沉積在表面能低的特粗碳化鎢晶粒上，增大硬質(zhì)合金的平均晶粒尺寸，制備的硬質(zhì)合金金相平均晶粒度達(dá)到8 μ m，而單純采用特粗碳化鎢粉工藝制備的硬質(zhì)合金平均金相晶粒度才6 μ m。比較附圖5、6，，雖然本發(fā)明實(shí)施例2制備的試樣晶粒度略低于國外合金，但是WC鄰接度要比國外大，晶粒的分布也更為均勻，本發(fā)明實(shí)施例2制備的試樣的孔隙度小于 A02，在使用過程中更難產(chǎn)生破壞源，使用性能要比國外高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。首先制備特粗碳化鎢粉，應(yīng)用于本發(fā)明實(shí)施例1、2、3中。將粒度為5μπι的氧化鎢粉加熱至1200°C高溫還原得到鎢粉，在所得鎢粉中摻入占鎢粉重量的鈷粉后，加熱至1700°C高溫碳化，冷卻后，得到粒度為觀-31 μ m的碳化鎢粉；所述Co的粒度為2 μ m。所述碳化鎢粉電鏡形貌照片見附圖1。對比例1單純采用粒度為30 μ m的特粗碳化鎢粉經(jīng)12小時(shí)球磨，球料比3 1，然后加入鈷粉，繼續(xù)球磨8小時(shí)，其中鈷粉添加量為特粗碳化鎢粉總重的6. 4%，球磨筒轉(zhuǎn)速34轉(zhuǎn)/ 分，球磨介質(zhì)汽油；混合粉經(jīng)常規(guī)工藝進(jìn)行壓坯、燒結(jié)制備得到WC-6CO硬質(zhì)合金。其平均金相晶粒度才6 μ m。實(shí)施例1制備WC-6CO硬質(zhì)合金第一步碳化鎢預(yù)球磨粉的制備分別取粒度為(觀-29) μ m的特粗碳化鎢粉與粒度為(0. 6-0. 7) μ m的亞細(xì)碳化鎢粉混合，進(jìn)行一次球磨，球磨時(shí)間12小時(shí)，得碳化鎢預(yù)球磨粉；所述特粗碳化鎢粉與亞細(xì)碳化鎢粉的質(zhì)量比為9 1 ；一次球磨工藝參數(shù)為球料比3 1，轉(zhuǎn)速34轉(zhuǎn)/分鐘，球磨介質(zhì)汽油；第二步碳化鎢-鈷混合粉末的制備將第一步所得碳化鎢預(yù)球磨粉與鈷粉、成型劑混合，進(jìn)行二次球磨8小時(shí)，得到碳化鎢-鈷-成形劑混合粉末，所述鈷粉、成型劑的添加量分別占碳化鎢預(yù)球磨粉質(zhì)量的6 %、 0. 5%，所述鈷粉的粒度為1 μ m ；所述成型劑選自樹脂改良的順式1，4-聚丁二烯橡膠溶液； 二次球磨工藝參數(shù)為球料比0.4 1，轉(zhuǎn)速34轉(zhuǎn)/分鐘，球磨介質(zhì)汽油；所述樹脂改良的順式1，4_聚丁二烯橡膠溶液是將順式1，4_聚丁二烯橡膠與萜烯樹脂按15 5的比例混合，溶劑為汽油，溶液濃度為20%。第三步壓坯、燒結(jié)將第二步所得碳化鎢-鈷混合粉末按常規(guī)制坯工藝壓制成壓坯，按兩步加熱燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)；壓制壓力為30噸；1、加熱脫除成形劑加熱工藝參數(shù)為在氫氣保護(hù)氣氛下，以3°C /分鐘的加熱速度升溫至380°C保溫 150分鐘，加熱及保溫過程維持爐內(nèi)氫氣流速為4-5立方米/每小時(shí)；然后，控制爐內(nèi)氫氣與甲烷的體積比為2. 5 1，氫氣與甲烷總氣量流速為4-5立方米/每小時(shí)，以2°C/分鐘的加熱速度升溫至620°C保溫20分鐘后，壓坯隨爐冷卻；2、燒結(jié)以氬氣為保護(hù)氣氛，將脫除成形劑的壓坯置于燒結(jié)爐中，加熱至1435°C -1445°C 保溫60分鐘后，隨爐冷卻，得到特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金，燒結(jié)過程保持爐內(nèi)壓力為5兆帕。將得到的特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金采用雙室高壓氣淬爐加熱至1300°C，進(jìn)行氣淬，氣淬氣體壓力為S^ar，氣淬氣體為氬氣。表1為對比例1制備的合金與實(shí)施例1制備的合金的金相檢測結(jié)果。表 權(quán)利要求
1.ー種特粗晶WC-C0硬質(zhì)合金，包括下述組分按重量百分比組成Co 5-15%，余量為WC，WC的平均晶粒度為6-10 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種特粗晶硬質(zhì)合金，其特征在于所述Co的粒度為 1-3 μ m0
3.如權(quán)利要求1所述的ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝，包括下述步驟第一歩碳化鎢預(yù)球磨粉的制備分別取粒度為(觀-31) ym的特粗碳化鎢粉與粒度為(0.6-1) μ m的亞細(xì)碳化鎢粉混合，進(jìn)行一次球磨，球磨時(shí)間8-12小吋，得碳化鎢預(yù)球磨粉；所述特粗碳化鎢粉與亞細(xì)碳化鎢粉的質(zhì)量比為(6-12) 1; 一次球磨エ藝參數(shù)為球料比(2-3) 1，轉(zhuǎn)速34-40轉(zhuǎn)/ 分鐘，球磨介質(zhì)汽油；第二步碳化鎢-鈷-成形劑混合粉末的制備將第一歩所得碳化鎢預(yù)球磨粉與鈷粉、成型劑混合，進(jìn)行二次球磨6-8小吋，得到碳化鎢-鈷混合粉末，所述鈷粉、成型劑的添加量分別占碳化鎢預(yù)球磨粉質(zhì)量的5-15%、 0. 5-1%，所述鈷粉的粒度為1_3μπι;所述成型劑選自樹脂改良的順式1，4_聚丁ニ烯橡膠溶液，溶液濃度為20-24%，溶劑為汽油；二次球磨エ藝參數(shù)為球料比(0.4-0. 6) 1，轉(zhuǎn)速34-40轉(zhuǎn)/分鐘，球磨介質(zhì)汽油；第三步壓坯、燒結(jié)將第二步所得碳化鎢-鈷混合粉末按常規(guī)制坯エ藝壓制成壓坯，按兩步加熱燒結(jié)エ藝進(jìn)行燒結(jié)；壓制壓カ為30噸；1、加熱脫除成形劑加熱エ藝參數(shù)為在氫氣保護(hù)氣氛下，以2-6°C /分鐘的加熱速度升溫至380-420°C保溫100-200分鐘，加熱及保溫過程維持爐內(nèi)氫氣流速為4-5立方米/每小時(shí)；然后，控制爐內(nèi)氫氣與甲烷的體積比為0.5-3) (1-2)，氫氣與甲烷總氣量的流速仍為4-5立方米/毎小吋，以1_3°C /分鐘的加熱速度升溫至600-630°C保溫20-50分鐘后，讓壓坯隨爐冷卻至室溫；9作社ムヽAmtPt以氬氣為保護(hù)氣氛，將脫除成形劑的壓坯置于燒結(jié)爐中，加熱至1435°C _1445°C保溫 50-70分鐘后，隨爐冷卻至室溫，得到特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金，燒結(jié)過程保持爐內(nèi)壓カ為3-7 兆帕。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝，其特征在于所述樹脂改良的順式1，4_聚丁ニ烯橡膠溶液是將順式1，4_聚丁ニ烯橡膠與萜烯樹脂按15 5的比例混合，以汽油為溶剤，配置成濃度為20-24%的溶液。
5.根據(jù)權(quán)利4所述的ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝，其特征在于所述特粗碳化鎢粉是將粒度為5μπι的氧化鎢粉加熱至1200°C高溫還原得到鎢粉，在所得鎢粉中摻入占鎢粉重量0. 8-1. 2%的鈷粉及炭黑后，加熱至1700°C高溫碳化，得到粒度為28-31 μ m 的碳化鎢粉；所述炭黑的加入量按碳化鎢中化合碳總量控制在6. 12%的比例添加。
6.根據(jù)權(quán)利5所述的ー種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備エ藝，其特征在于所述燒結(jié)得到的特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金采用雙室高壓氣淬爐加熱至1四0-1310で，進(jìn)行氣淬，氣淬氣體壓カ為4. 5-5. ^ar，氣淬氣體為氬氣。
全文摘要
一種特粗晶WC-Co硬質(zhì)合金，包括5-15％的Co及WC，WC的平均晶粒度為6-10μm。其制備工藝包括粗細(xì)碳化鎢預(yù)球磨制備混合碳化鎢粉，混合碳化鎢粉-鈷-成形劑混合粉末的制備，壓坯、燒結(jié)三個(gè)步驟，其中燒結(jié)分為脫除成形劑、高溫?zé)Y(jié)兩部分。本發(fā)明制備的WC-Co硬質(zhì)合金，金相平均晶粒度達(dá)到6μm或6μm以上，且工藝方法簡單、操作方便、制備的硬質(zhì)合金平均晶粒度大、晶粒分布區(qū)窄，合金具有高的熱導(dǎo)率、低的熱膨脹系數(shù)、好的高溫磨損性能、高的橫向斷裂強(qiáng)度和高的斷裂韌性性能，有效提高合金抗熱疲勞裂紋能力，適于礦用工具、挖掘工具的使用。
文檔編號C22C1/05GK102534344SQ20121006634
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者伏坤, 周建華, 楊雄文 申請人:中南大學(xué)