[發(fā)明專利]一種表面具有超粗晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210453512.4
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102965534A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉詠;張明陽;張偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面具有超粗晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法。適合于要求合金表面硬度及耐磨性高、沖擊韌性高和耐疲勞的鉆探或者盾構(gòu)硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備。屬于硬質(zhì)合金材料制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金被譽為“工業(yè)的牙齒”，具有高強度、高硬度、耐疲勞、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)等特點，被廣泛應(yīng)用于機械加工、礦業(yè)開采等行業(yè)。隨著對硬質(zhì)合金研究進程的不斷推進，硬質(zhì)合金正朝著超粗和超細(xì)晶粒兩個方向發(fā)展。按Sandvik公司有關(guān)硬質(zhì)合金的分類標(biāo)準(zhǔn)，合金中WC晶粒度為3．5～4．9μm、5．0～7．9μm、8．0～14μm的硬質(zhì)合金分別為粗晶粒、超粗晶粒和特粗晶粒硬質(zhì)合金。在合金中Co含量相同的條件下，相對于中、粗晶粒硬質(zhì)合金，特、超粗晶粒硬質(zhì)合金擁有較大的熱導(dǎo)率，較高的斷裂韌性和較好的抗熱疲勞與抗熱沖擊性能，被應(yīng)用于對韌性與抗熱疲勞、抗熱沖擊性能要求較高的沖壓模、熱軋輥等機械零部件之中，和作為極端工礦條件下連續(xù)開采軟巖的鑿巖器械部件。

實際開采過程中，鑿巖硬質(zhì)合金工作環(huán)境惡劣，巖層的狀況及其復(fù)雜，其損壞和失效的方式也不一樣。研究發(fā)現(xiàn)，鑿巖硬質(zhì)合金發(fā)生失效有以下主要形式：沖擊疲勞、磨粒磨損和熱疲勞。對于硬巖層來說，磨粒磨損程度相對低一些，合金失效主要由沖擊和沖擊疲勞導(dǎo)致。粗大的硬質(zhì)合金相晶粒由于表面積較小，使粘結(jié)相分布較廣，有利于提高合金的沖擊韌性。

現(xiàn)有的制備超粗晶合金的方法主要是超高溫碳化（1800-2000℃）和超高溫?zé)Y(jié)（1450-1500℃），使硬質(zhì)合金整體晶粒度提高到8-14μm。由于硬質(zhì)合金晶粒度越高強度和硬度都會下降，而且上述工藝對提高硬質(zhì)合金晶粒度的程度也有限。硬質(zhì)合金鉆齒的主要工作部位是表面。只要保證表面的韌性，就能夠保證鉆齒的服役性能。因此，本研究開發(fā)了一種表面具有晶粒度達20μm的超粗晶合金，而內(nèi)部仍然在5-7μm的正常合金范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對實際的需求，提供一種工藝方法簡單、設(shè)備投資少、過程控制簡便的表面具有超粗晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法。

本發(fā)明一種表面具有超粗晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法，包括下述步驟：

第一步：配料、混料

配制總碳量比平衡碳量低0.2-0.7wt%的硬質(zhì)合金，濕磨，制粒，干燥；

第二步：冷壓、脫蠟

向第一步所得粉末中添加成型劑，混合均勻后冷壓成型；在氫氣氛中加熱至850-950℃排除成形劑，得到預(yù)制硬質(zhì)合金；

第三步：滲碳燒結(jié)處理

將預(yù)制硬質(zhì)合金埋在石墨顆粒中或者置于壓力為0.1-2MPa的烷基氣體氣氛中，在氫氣氣氛保護環(huán)境下加熱滲碳燒結(jié)，隨爐冷卻至常溫后出爐；滲碳燒結(jié)溫度為1400℃-1500℃，保溫時間1h-4h。

本發(fā)明一種表面具有超粗晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法，第一步中，所述硬質(zhì)合金由難熔金屬W，Ti,Ta,Nb,Hf中的一種的貧碳碳化物與粘結(jié)金屬Co,Fe,Ni或其合金中的一種為原料制備得到，原料配比的總碳量比平衡碳量低0.2-0.7wt%的硬質(zhì)合金；所述硬質(zhì)合金中各組分的平均粒度，金屬碳化物為1-5μm,粘結(jié)金屬或合金粉末為1-10μm；所述貧碳碳化物中碳含量低于相應(yīng)金屬碳化物的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計量值。

本發(fā)明涉及一種表面具有超粗晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法，第一步中，所述濕磨工藝參數(shù)為：球磨介質(zhì)選自汽油、酒精、丙酮中的一種；球料質(zhì)量比為0.5-2：1；球磨轉(zhuǎn)速為30-120轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間10-24小時。

本發(fā)明涉及一種表面具有超粗晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法，第二步中，所述成型劑選自石蠟、橡膠中的一種，成型劑占粉末質(zhì)量0.1-0.3%；冷壓成型壓力為100-300MPa。

本發(fā)明采用上述工藝方法，在正常制備硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上，通過降低球磨轉(zhuǎn)速，降低球磨破碎效率，增加球磨時間提高混合率，以免硬質(zhì)合金相晶粒被過度破碎，提高最終產(chǎn)物表面晶粒大小的均勻性。滲碳燒結(jié)，對硬質(zhì)合金表面滲碳，使其表面達到正常硬質(zhì)合金碳含量，保證硬質(zhì)合金表面的強度及硬度；采用較高的滲碳燒結(jié)溫度，并適當(dāng)延長保溫時間，可以促使合金表面較小晶粒進一步溶解再結(jié)晶并不斷發(fā)生長大，最終得到表面具有超粗晶的硬質(zhì)合金。制得的硬質(zhì)合金表面晶粒超過常規(guī)晶粒的尺寸特征，因此具有高韌性和高耐磨性。

綜上所述，本發(fā)明工藝簡單、設(shè)備投資少、過程控制簡便，制備的合金表層晶粒粗大，具有較好的強韌性，適于要求合金表面硬度及耐磨性高、沖擊韌性高和耐疲勞的鉆探或者盾構(gòu)硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明