[發明專利]一種硬質合金頂錘及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011336962.6
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112359260B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 管玉明;彭文;龍堅戰;趙浩林
• 申請（專利權）人: 株洲硬質合金集團有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;B22F1/00;B22F3/02;B22F3/10;B22F5/00;B01J3/06
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種一種硬質合金頂錘及其制備方法與應用，按照質量百分比，由以下組分組成：11～13wt％的Co、0.85～1.15wt％的Cr₃C₂、0.001～0.003wt％Y和余量的碳化鎢，其中：所述的WC平均晶粒度為0.50～0.70μm，且WC最大晶粒度≤2.0μm。本發明的硬質合金粘結相重量百分含量在11％～13％，保證了斷裂韌性不降低的條件下，可以采用更細0.50～0.70μm WC晶粒，提高合金的抗壓強度。本發明的原料采用添加含量為0.85～1.5wt％的Cr₃C₂和稀土Y作為復合抑制劑，能夠有效抑制WC晶粒的異常長大，從而有效保障合金中WC最大晶粒度≤2.0μm；避免了添加VC對合金晶界的有害影響；從而提高合金性能的穩定性和一致性。本發明中添加0.001～0.003wt％稀土Y可以凈化硬質合金晶界，提高頂錘材料的抗剪切能力。

技術領域

本發明屬于硬質合金技術領域，具體涉及一種硬質合金頂錘及其制備方法與應用。

背景技術

硬質合金頂錘是金剛石合成壓機的關鍵部件，其性能與使用壽命決定了金剛石合成的效率、產量與成本。合成過程中，硬質合金頂錘需經升壓、升溫、保壓、保溫、降溫、降壓(卸壓)等程序，通常大頂錘工作時承受著約5700MPa壓力、800MPa拉應力和1800MPa剪切應力，錘面溫度超過200℃。整個頂錘受到接近甚至超出材質極限的壓應力、拉應力、剪切應力、熱應力的低周期疲勞應力作用。

隨著我國機械加工、汽車制造、地質和石油鉆探、石材加工等支柱產業和傳統產業的技術進步和新需求，具有高硬度、高耐磨性、高彈性模量、各向同性和相對高的熱導率等顯著優點的金剛石/硬質合金高端復合片需求越來越多，特別是近年來已成為高檔機械加工刀具、地質及石油鉆頭、陶瓷磨具、石材加工工具、混凝土工具和閥座閥芯等高耐磨設備的首選材料，也成為高科技新材料領域中最有生命力的支柱產品之一。

與合成金剛石相比，合成金剛石復合片的環境更加惡劣，頂錘頂面所受合成壓力高7％～10％，合成腔內溫度、壓力不均勻性大，合成時容易引起塌錘和放炮，這就要求硬質合金頂錘抗壓強度更高，抗沖擊性也更好。目前，同種規格、材質的頂錘，合成復合片的使用壽命為合成金剛石的1/3左右。為此，授權專利《合成金剛石復合片用硬質合金頂錘及其制備方法》(申請號：201110287292.8，申請日：2011年9月26日)提供了一種材質抗壓強度更高、抗彎強度高、結構細而均勻、用于合成金剛石復合片的硬質合金頂錘，粘結相鈷的質量百分比為6％～9％，添加劑為Cr或Ta的碳化物，其質量百分比為粘接相的2.0％～8.5％，余量為WC,所述硬質合金頂錘中WC平均晶粒度為0.8～1.2μm，且WC最大晶粒度≤10μm；其制備方法，依次包括WC原料粉末進行分級篩選；添加劑預磨后與WC原料粉末、粘結相和成型劑一起碾磨，獲得的濕磨混合料經噴霧干燥、冷等靜壓壓制、一體式脫蠟低壓燒結，獲得所述硬質合金頂錘；本發明工藝流程短，批量控制穩定，生產成本低，且能大大提高頂錘使用壽命。雖然該專利采用了常規的6％～9％wt％Co粘結相和0.8～1.2μm的細小WC晶粒的材質，取得了良好的使用效果，但硬質合金材料的潛力仍有待進一步挖掘。