[發明專利]一種特粗晶WC-Co硬質合金及其制備工藝

有效

• 申請號: 201210066345.8
• 申請日: 2012-03-14
• 公開（公告）號: CN102534344A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 伏坤;楊雄文;周建華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及硬質合金的生產方法，特別涉及一種特粗晶WC-Co硬質合金及其制備工藝。

技術背景

礦用工具、挖掘工具使用過程中，硬質合金零件承受循環載荷和摩擦力的作用，因而產生瞬間高溫，使合金承受熱疲勞應力和機械應力，導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0增加到10噸時，合金齒表面溫度可由室溫增加到800℃～1000℃，合金使用過程中易產生熱疲勞裂紋(蛇皮裂紋)。

近年來，由于煤田開采及隧道工程的不斷發展，作為采煤機和隧道掘進用盾構機的刀頭材料，硬質合金的消耗量與日俱增，采煤機和盾構機都是在井下作業，工作環境惡劣，刀頭更換、維修難度大，一般都要盡量減少更換維修次數，這就對硬質合金刀頭提出了很高的性能要求。

雖然我國硬質合金的總產量居世界第一，占到世界總產量的40％以上，但采煤機和盾構機刀頭用高性能硬質合金的市場份額還不足2％，目前國內采煤機和盾構機刀頭用硬質合金產品質量都還或多或少的存在問題，難以被行業普遍認可，還沒有一家硬質合金企業能夠穩定的生產與供應采煤機和盾構機刀頭用高性能硬質合金。

硬質合金的一些重要物理性能，如導熱率、熱膨脹系數等與硬質合金的成分有關。和合金中的WC相比，粘結相Co、Ni、Fe的熱導率低，熱膨脹系數高，低的Co含量有利于提高合金的導熱率，同時降低合金的熱膨脹系數，另一方面，高的粘結相含量有利于提高合金的橫向斷裂強度和斷裂韌性性能，這兩個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硬質合金相比，WC特粗晶硬質合金有以下的特點：

(1)硬度高：WC屬于六方晶系的各向異性晶體，根據其晶面取向或者是晶面指數的不同，其物理、機械性能也不同。

(2)韌性好：在普通合金中微細裂紋是在最為薄弱的WC/WC晶界面或WC/Co晶界面處擴展的，而在特粗晶硬質合金中，微細裂紋或是繞過WC粗晶晶粒，呈“之”字形擴展，或是穿過WC晶粒進行擴展.如果是呈“之”字形擴展，必須具有與斷裂面積相匹配的能量，如果是穿過堅韌的WC晶粒，則必須具有相當大的斷裂能。所以，特粗晶WC晶粒可以阻止微細裂紋的進一步擴展，提高合金的韌性。

(3)高溫硬度高、蠕變變形小：在1000℃的高溫下，特粗晶硬質合金的高溫硬度比普通的硬質合金的硬度要高，顯示出良好的紅硬性。

圍繞特粗晶硬質合金的研究開發國外一些企業進行了大量研究，雖然在公開刊物上發表的研究成果很少，但從其產品性能指標、應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3μm向5μm以上的特粗晶粒硬質合金方向發展。國產硬質合金晶粒度一般在0.4～3.5μm范圍內，對晶粒度在3.5μm以上的粗晶硬質合金雖然進行了多年的研究，但在合金晶粒度大小、晶粒發育完整性、均勻性以及合金性能、使用壽命等方面與國外產品相比仍有較大差距，難以滿足相關行業對高壽命特粗晶產品的需求。

傳統的在現有的粗晶硬質合金生產及科研過程中，基本采用單一碳化鎢粉制備硬質合金，此種工藝生產的硬質合金，從金相上分析，晶粒粒度分布區寬，難以制備特粗晶硬質合金。

在硬質合金生產過程中，在高溫固溶強化階段，大顆粒的WC吸附小于自身內徑數倍的細顆粒WC，破壞兩者間的晶界，熔為一體，使WC晶粒繼續長大，這是由于在固溶階段，一部分表面能高的WC(微細WC，濕磨造成的晶內點陣畸變、位錯的WC等)，不斷溶解和已溶解的WC(溶解度達飽和)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，越優先沉積)，這是一個表面能高的、不穩定的WC變成表面能低的、穩定的WC的過程。

所以，通過將特粗碳化鎢粉(Fsss＝30μm)與亞細碳化鎢粉(Fsss＝0.8μm)按照特定比例混合，一方面能增大硬質合金平均金相粒度，另一方面能控制晶粒分布區。