[發(fā)明專(zhuān)利]一種粘結(jié)相熱處理強(qiáng)化的硬質(zhì)合金及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410627663.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104388722B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾祺森;吳沖滸;聶洪波;劉超;馮炎建;李文強(qiáng);文曉;肖滿斗;謝海唯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)鎢業(yè)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/05
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/05;C22C29/00;C22F1/16;B22F1/00
• 代理公司: 廈門(mén)市首創(chuàng)君合專(zhuān)利事務(wù)所有限公司35204
• 代理人: 連耀忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金材料制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種粘結(jié)相熱處理強(qiáng)化的硬質(zhì)合金及制備方法。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金主要是由碳化鎢硬質(zhì)相和鐵、鈷、鎳等鐵族金屬粘結(jié)相共同構(gòu)成，自上世紀(jì)三十年代開(kāi)始，硬質(zhì)合金被廣泛應(yīng)用于金屬加工、工程機(jī)械、模具制造等工業(yè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)硬質(zhì)合金工具和結(jié)構(gòu)件的性能要求日益提高。在傳統(tǒng)的碳化鎢-鐵族金屬合金的基礎(chǔ)上，碳化物固溶體、涂層硬質(zhì)合金、熱等靜壓燒結(jié)等諸多新技術(shù)的引入，使得硬質(zhì)合金不斷發(fā)展以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的要求并得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

在硬質(zhì)合金的不斷改進(jìn)中，粘結(jié)相一直都是研究的重點(diǎn)。相對(duì)于硬質(zhì)合金中碳化鎢硬質(zhì)相而言，金屬粘結(jié)相硬度較小。粘結(jié)相強(qiáng)度不足是導(dǎo)致硬質(zhì)合金發(fā)生失效和破壞的重要原因。強(qiáng)化粘結(jié)相能夠有效提高硬質(zhì)合金的強(qiáng)度，改善硬質(zhì)合金的綜合使用性能，是提高硬質(zhì)合金使用壽命的關(guān)鍵。現(xiàn)有關(guān)于硬質(zhì)合金粘結(jié)相的研究成果中，強(qiáng)化粘結(jié)相的措施主要分為以下三種方法：

1.預(yù)制強(qiáng)化相的方法：主要手段是通過(guò)在粘結(jié)相中添加預(yù)先制備的高強(qiáng)度納米級(jí)金屬、稀土氧化物或納米碳化鎢晶須作為強(qiáng)化相的方法。利用機(jī)械分散將強(qiáng)化相彌散分布在硬質(zhì)合金混合料內(nèi)部，通過(guò)傳統(tǒng)真空或壓力燒結(jié)制備硬質(zhì)合金。該方法主要難度在于利用機(jī)械分散的方法很難將納米強(qiáng)化相均勻分散到粘結(jié)相中；另外，由于粘結(jié)相與強(qiáng)化相的潤(rùn)濕性較差，強(qiáng)化相傾向于分布于粘結(jié)相與碳化物硬質(zhì)相的邊界上，強(qiáng)化效果有限。

2.粘結(jié)相合金化的方法：主要手段為采用Ni₃Al、Fe₃Al等金屬間化合物取代或部分取代傳統(tǒng)硬質(zhì)合金粘結(jié)相。采用預(yù)先制備的強(qiáng)度較高的金屬間化合物，全部或部分取代鈷、鎳等金屬作為粘結(jié)劑制備硬質(zhì)合金。該方法利用了金屬間化合物高溫強(qiáng)度優(yōu)異的特點(diǎn)，但無(wú)法克服金屬間化合物的低溫脆性問(wèn)題，導(dǎo)致硬質(zhì)合金韌性下降。

3.熱處理粘結(jié)相的方法：主要方法為在粘結(jié)相中加入少量稀土氧化物或晶粒抑制劑等成分，通過(guò)后續(xù)的熱處理，包括淬火、深冷、回火等工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)粘結(jié)相的強(qiáng)化。該方法也存在添加劑分散難的問(wèn)題，并且硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工序大大延長(zhǎng)，難易大規(guī)模生產(chǎn)性?xún)r(jià)比高的硬質(zhì)合金產(chǎn)品。

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，提供一種粘結(jié)相熱處理強(qiáng)化的硬質(zhì)合金及制備方法，是采用機(jī)械合金化或化學(xué)合成法將合金元素引入硬質(zhì)合金粘結(jié)相，并通過(guò)熱處理彌散析出細(xì)小硬質(zhì)相進(jìn)行強(qiáng)化的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬質(zhì)合金粘結(jié)相的固溶或彌散相強(qiáng)化，所制備的硬質(zhì)合金能在保證韌性的前提下有效提高硬質(zhì)合金粘結(jié)相的強(qiáng)度，同時(shí)該制備方法具有實(shí)施簡(jiǎn)易，成本較低，便于大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種粘結(jié)相熱處理強(qiáng)化的硬質(zhì)合金，包括碳化物硬質(zhì)相和粘結(jié)相，其粘結(jié)相具有如下成分：

總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不少于50％且不超過(guò)90％的Co、Ni和Fe；

Cr元素含量為0～30wt.％；

W元素含量為0～10wt.％；

Mo元素含量為0～5wt.％；

C元素含量控制于1.5wt.％以下；

含有總量不超過(guò)5wt.％的V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu、Si、B等元素。

所述粘結(jié)相的含量占硬質(zhì)合金總重量的5～30wt.％。

所述硬質(zhì)合金在經(jīng)過(guò)固溶、時(shí)效熱處理后，其矯頑磁力升高超過(guò)15％以上。

所述硬質(zhì)合金在經(jīng)過(guò)固溶、時(shí)效熱處理后，粘結(jié)相中析出體積比為5～60％的Co、Ni、Fe、Cr、W、Mo、V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu中的一種或多種添加元素的金屬間化合物或Co、Ni、Fe、Cr、W、Mo、V、Ta、Nb、Ti、Al、Mn、Cu中的一種或多種添加元素形成碳化物的彌散增強(qiáng)相。

一種粘結(jié)相熱處理強(qiáng)化的硬質(zhì)合金的制備方法，是先在硬質(zhì)合金粘結(jié)相的制備過(guò)程中采用機(jī)械合金化方法引入合金元素，再將制得的粘結(jié)相與硬質(zhì)相按現(xiàn)有技術(shù)的硬質(zhì)合金制備方法進(jìn)行配料燒結(jié)，最后對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理使粘結(jié)相得到強(qiáng)化。

所述采用機(jī)械合金化方法為采用高能球磨方法。

在燒結(jié)過(guò)程中的氣氛采用可控低碳?xì)夥铡?/p>

所述對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理包括固溶熱處理和時(shí)效熱處理；所述固溶熱處理溫度為900℃至1300℃；時(shí)效熱處理溫度為550℃至850℃，時(shí)效處理時(shí)間大于2小時(shí)。