[發明專利]超細晶粒硬質合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201911207010.1
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN112877578A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 于濤;羅學全;王社權;溫光華
• 申請（專利權）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 黃麗

本發明公開了一種超細晶粒硬質合金及其制備方法，超細晶粒硬質合金主要由以下質量分數的原料制備而成：粘結相粉5％～8％，Cr₃C₂粉0.20％～0.80％，Ru粉0.25％～0.80％，超細WC粉90.40％～94.55％。制備方法通過將各種原料進行配料、球磨、制粒、壓制和燒結，制成硬質合金。本發明通過Cr₃C₂和Ru的復合添加，在保證合金硬度的同時，提升了超細硬質合金粘結相的顯微力學性能，明顯改善了合金材料的抗裂紋擴展力和高溫抗氧化性能，實現了硬質合金的抗黏結磨損性能的顯著提升，解決了在航天、航空、汽車、船舶等領域內常用高溫合金材料的車削加工困難的技術問題。

技術領域

本發明屬于超細硬質合金刀具材料制備技術領域，涉及一種超細晶粒硬質合金及其制備方法，尤其涉及一種適用于車削加工高溫合金材料的超細晶粒硬質合金及其制備方法。

背景技術

硬質合金是由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料，其具有硬度高、強度和韌性相對較好的特點，還具有一定的耐熱、耐腐蝕等優良性能。由于硬質合金所具有的特點，在機床行業，硬質合金刀具通常被譽為“工業牙齒”，其產品主要用于制造切削工具和耐磨零部件，可廣泛應用于航天航空、汽車、能源、模具等機械加工領域。

在傳統的航空、航天、汽車零部件等機械加工領域，以鎳基合金等材料為代表的高溫合金的應用越來越廣。但是，這類材料要求的切削溫度高、切屑粘，材料的可加工性較差，長期以來一直是硬質合金刀具的一個應用難點。

除了航空航天領域，隨著金屬材料的進步，傳統的鋼材、鑄鐵、不銹鋼等材料的性能也在不斷進步，越來越多的新型金屬材料逐步出現并普及，這些新材料通常具有高溫硬度、高強度、抗腐蝕性、抗變形等特點，可加工指數低，對刀具的要求不僅僅局限于需要硬質合金材料具有高的耐磨性和高的抗崩性，同時對刀具在高溫服役條件下的耐磨性和抗黏結磨損等性能也都提出了更高要求。

硬質合金刀具在切削加工過程，都會產生大量熱量，特別是目前提倡無冷卻液的切削(環保)，切削溫度更高，刀具硬度會急劇下降，常規硬質合金刀具的壽命大大降低。硬質合金主要包括硬質相和粘結相，隨著溫度升高，硬質相幾乎不會發生變化，但是粘結相會出現氧化、擴散等問題，硬質合金組織結構發生改變，進而引起硬質相的剝落缺失，最終造成刀具的失效。

為了解決以上問題，硬質合金刀具材料也在不斷的進步。一方面，通過添加Ta、Nb等高熔點金屬，形成(TaNbW)C的第三相，強化刀具材料的高溫性能；另一方面，通過細化WC晶粒，將合金WC晶粒度降低到0.2μm以下，制備出具有高強度和高硬度的“雙高”性能的納米硬質合金刀具，提高刀具的使用壽命。

但是，申請人發現，一方面，在提高刀具的高溫性能時，諸如TaC/NbC/WC等硬質相的增加雖然能提高合金材料的高溫性能，但是提升幅度非常有限。這主要是由于在刀具服役條件下，粘結相的高溫性能遠低于硬質相，在硬質相還未失效前，粘結相就已經因為高溫性能的下降引起刀具材料的失效；另一方面，通過細化合金中的WC晶粒度，主要作用是提高了合金的硬度，并不能有效實現合金材料韌性的提高，在相關的研究中，若要實現硬度和韌性的“雙高”，合金晶粒度需要達到納米級別，而這是在目前的常規生產中是無法實現的。因此，有必要開發新的硬質合金來克服現有的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，特別是現有超細晶粒硬質合金材料高溫硬度低、抗黏結磨損性能差的技術問題，提供一種在保證合金硬度的同時，可提升硬質合金粘結相的顯微力學性能、改善抗裂紋擴展力、提升抗黏結磨損性能的超細晶粒硬質合金及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案。

一種超細晶粒硬質合金，主要由以下質量分數的原料制備而成：