[發明專利]一種硬質合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011110028.2
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112342449B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 袁四明
• 申請（專利權）人: 株洲明日硬質合金有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;C22C1/10;B22F9/04;E21D9/08;E21D9/087
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明屬于粉末冶金領域，具體涉及一種硬質合金及其制備方法和應用。所述硬質合金制備所用原料以質量百分比計，由下述組分組成：重碳化后的碳化鎢粉82～92％、鈷粉8～13％、鎳粉0.2～1％、超細鉻粉0.2～1.0％。所述重碳化后的碳化鎢粉的重碳化溫度為1450℃～1650℃、優選為1480～1550℃。其制備方法為：將碳化鎢進行重碳化處理；得到重碳化后的WC；將重碳化后的WC過100目的篩后，按設計組分配取重碳化后的WC、鉻粉、鎳粉、鈷粉并用濕法球磨混合均勻；混合料經干燥處理后壓制成型并燒結，得到產品；所述燒結的溫度為1400?1500℃、優選為1470～1490℃。本發明所設計和制備的硬質合金特別適用于制作盾構刀具。本發明制備的硬質合金較之現有技術硬質合金盾構刀具，其晶粒分布均勻，在硬度一致的情況下具有更粗的晶粒度，更高的抗熱沖擊疲勞能力、抗磨蝕能力、抗腐蝕能力均得以提高，從而能較大幅度地提高了使用壽命。

技術領域

本發明屬于粉末冶金領域，具體涉及一種硬質合金及其制備方法和應用。

背景技術

盾構法施工具有機械化程度高、安全性高、施工速度快的優點，被廣泛應用于地鐵、隧道、水利水電等大型工程。盾構機中的盾構刀盤和刀具是掘進時的關鍵工具，其使用情況通常決定了整個工程的進度。通常在砂土底層、復合底層的掘進中，盾構機刀盤中的刮刀、齒刀、貝殼刀等刀具均為硬質合金刀頭。盾構刀具對硬質合金的性能要求是在具有良好的韌性前提下保證耐磨性，因此國際知名盾構機生產商(如德國海瑞克)選用的是德國BETEK公司的硬質合金牌號B40，其鈷含量約為15％，硬度約為86.0HRA，屬于一種高韌性合金牌號，類似于國內的YG15C牌號。因此在本世紀初，國內開始進行盾構刀具的生產時選用的硬質合金牌號就是YG15C(侯克忠，白佳聲.盾構機用硬質合金刀片的研制[J]粉末冶金工業2009第19卷第3期P36-P40)。但在隨后幾年的工程實踐中，大家發現用YG15C牌號制備的盾構機刀頭在使用時非正常失效的比例幾乎達到了一半，這不僅大大提高了刀具的消耗費用，也嚴重影響了工程的進度。因此提高硬質合金盾構刀頭的綜合性能顯得十分必要。

專利CN 201410605871.6介紹了一種復雜地質用硬質合金盾構刀的制備方法；配方中采用大比例中顆粒原生WC、中比例的粗顆粒、搭配小比例的較細中顆粒原生WC，再添加0.2-0.5％Re，鈷含量14.5-15.5％，生產出來的合金能適應國內超復雜的地質條件，減少盾構刀具故障率提高盾構效率。但該技術使用了中顆粒WC，其合金晶粒度將明顯細于YG15C，因此其抗沖擊性能、抗熱疲勞性能也劣于YG15C，使用壽命也會大打折扣。

專利CN 107866578A介紹了一種提高盾構刀具硬質合金性能的方法：配料時加入少量的石墨烯，并采用SPS(放電等離子燒結)方式進行燒結。該方法生產出的合金硬度達到89HRA，同一般合金相比，抗彎強度提高35％、熱導率提高8.3％。但該技術獲得的合金斷裂韌性為9.43-13.84Mpa·m^0.5(遠低于YG15C的16.3Mpa·m^0.5)，熱導率為62.15-67.68W/m·K(遠低于YG15C的105W/m·K)。因此該技術獲得的盾構刀具有很高的耐磨性，但不能解決因韌性不足異常損壞的問題。