[發明專利]用于采礦用旋轉鉆進切削鉆頭的硬質合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310686656.9
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103614604A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 余榮;蔣顯全
• 申請（專利權）人: 重慶市科學技術研究院
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云;譚春艷

技術領域

本發明涉及一種硬質合金及其制備方法，特別涉及一種用于采礦用旋轉鉆進切削鉆頭的硬質合金及其制備方法。

背景技術

硬質合金綜合了碳化物的高硬度、高耐磨性和金屬粘結相足夠的韌性和抗熱震性能及高抗形變能力，被廣泛用于現代快速采礦領域。目前國內外在采礦鉆進領域所采用的材質一般為質量百分比約85-92%的WC粉末，粒度為5.0-7.9μm的WC粉和質量百分比為12%及以上Co粉，粒度為2.0-2.4μm，顯微組織圖見圖1。經濕磨、干燥、摻膠、壓制成型和燒結，最終得到成品。用此方法制得的硬質合金硬度較低，HRA：85-89，耐磨性較差，并且抗彎強度也比較低，在1850-2100MPa，抗扭折能力也較差，在鉆削較硬巖層時鉆具不耐磨、易折斷、使用效率低等特點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種硬度高、強度高、使用壽命長的用于制作采礦用旋轉鉆進切削鉆頭的硬質合金，本發明還提供了該種合金的制備方法。

本發明的技術方案如下：一種用于采礦用旋轉鉆進切削鉆頭的硬質合金，其特征在于：包括重量份數的以下組分：硬質相WC85-92份，粘接相Co7.8-15份，添加劑TaC0.5-1份，其中硬質相WC為費氏粒度為7-12μm以及0.6-2.5μm的WC的混合物，所述7-12μm的WC與0.6-2.5μm的WC的質量比為1-3:10。

作為優選：所述粘接相Co的費氏粒度為2.0-2.40μm。

作為優選：所述添加劑TaC的費氏粒度為2.0-2.4μm。

采用上述技術方案，由于選用了非均勻性WC粒度制備的新結構的旋轉鉆進切削鉆頭硬質合金，粗晶粒WC可以阻斷晶間裂紋的擴展，具有高的抗沖擊能力，而超細WC的特性是不僅具有很高的硬度，而且具有很高的抗彎強度。影響硬質合金力學性能最主要的因素是合金的空隙率，粗晶粒硬質合金產品由于晶粒尺寸大，晶粒間有效接觸面較小，需要大量的液相Co來填充晶粒間的空隙，而采用粗晶和超細顆粒的碳化鎢混合，細顆粒的碳化鎢可有效增加晶粒的接觸面，從而降低合金的空隙，最終提升合金的力學性能。因此非均勻性WC粒度的新結構的旋轉鉆進切削鉆頭硬質合金具備了良好的抗沖擊能力、高的硬度、高抗彎強度和優良的致密性。而加入TaC的原因有三：1：在鎢鈷合金中固溶于鈷相中的TaC原子，傾向于在WC/WC晶界偏聚，阻止WC晶粒長大。2：TaC使WC-Co二相區擴大，調寬了合金碳含量，不易造成合金缺碳而防止WC晶粒個別長大。3：TaC的加入使WC晶粒、鈷相平均厚度、WC晶粒鄰接度（Cwc/Cwc）都減小。由于固溶鈷相中的TaC在WC/WC晶界偏聚，使晶界強度受損，故合金破裂時先從WC/WC晶界開始，其次是TaC/WC固溶體的穿晶斷裂，最后才是WC晶體的穿晶斷裂。因此增加TaC的合金具有獨特的抗熱沖擊性。

本發明的關鍵點在于控制TaC加入量和控制粗晶WC和細晶WC之間的質量比例兩個方面。本發明試驗方案證明，當加入本發明的TaC的量時，硬質合金具有最優物理力學性能。當粗晶WC和細晶WC之間的質量比例在1-3:10之間時，硬質合金具有最優物理力學性能。該新結構的旋轉鉆進切削鉆頭硬質合金相比傳統硬質合金物理性能顯著提高。

將制得的旋轉鉆進切削鉆頭硬質合金進行性能測試，根據GB3851-83測試硬質合金的抗彎強度，從而得到抗彎強度為：≥3000MPa；根據GB7887-87測試硬質合金的洛氏硬度，從而得到洛氏硬度HRA為：91.7-92.5；根據GB3488-83標準檢測硬質合金的顯微組織，從而得到硬質合金的晶粒度為：0.8-12μm，顯微金相組織見圖2和3。

本發明的另一目的是這樣實現的：一種用于采礦用旋轉鉆進切削鉆頭的硬質合金的制備方法，按照如下步驟完成：

（1）濕磨：將WC、Co、TaC按比例權利要求1的比例加入球磨桶，同時加入PEG4000和工業酒精，所述PEG4000的量為WC、Co、TaC的總質量的1%-3%，工業酒精的量按照270～330ml/kg加入，濕磨48-96小時；

（2）干燥：將濕磨后的濕料過320目篩網過濾，并在真空干燥箱中干燥，干燥溫度85-95℃，真空度控制在3x10²Pa；

（3）制粒：干燥后的粉料過40目篩網，在滾筒制粒機中制粒后過30目篩網待用；

（4）壓制：將步驟（3）得到的粉料在單柱液壓機上壓制成6.3×7.8×24mm³的B型條；