[發(fā)明專(zhuān)利]一種模具用梯度YG硬質(zhì)合金材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111007606.4
• 申請(qǐng)日: 2021-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115725885B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊天恩;石先刻;夏旭;梁磊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C29/02
• 分類(lèi)號(hào): C22C29/02;C22C1/053;C22C1/057;B22F3/02;B22F3/10;B22F3/24;B22F3/14;B22F3/03
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11426
• 代理人: 劉冬梅;范國(guó)鋒

本發(fā)明公開(kāi)了一種模具用梯度YG硬質(zhì)合金材料及制備方法，在YG硬質(zhì)合金材料中引入微量BN，利用B和N之間的熱力學(xué)耦合作用，于燒結(jié)過(guò)程中獲得成分為W?C?Co的表層、成分為W?C?Co?B?N的芯部的梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金材料，且合金芯部硬度高于表層硬度。所制備的梯度YG硬質(zhì)合金材料梯度表層厚度足夠大，可以采用磨削加工去除表層氧化皮、微裂紋等表面缺陷。該梯度YG硬質(zhì)合金材料用作模具材料時(shí)，可以抵抗模具在使用過(guò)程中的塑性變形，從而阻礙模具精度降低。本發(fā)明所述的梯度YG硬質(zhì)合金材料的梯度結(jié)構(gòu)在燒結(jié)過(guò)程中原位形成，不增加額外工序，且梯度結(jié)構(gòu)不存在突變界面，避免了突變界面兩側(cè)的熱膨脹系數(shù)和彈性模量等物理性能差異造成的界面應(yīng)力問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金材料領(lǐng)域，涉及一種硬質(zhì)合金材料及其制備方法，具體涉及模具用梯度YG硬質(zhì)合金材料及制備方法。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金材料由于高的硬度、耐磨性和低的熱膨脹系數(shù)，在模具領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，比如粉末壓制成形模具。YG硬質(zhì)合金材料(WC-Co)具有較高的橫向斷裂強(qiáng)度和沖擊韌性，尤其當(dāng)硬質(zhì)合金材料中Co含量較高時(shí)，其韌性很高，高的韌性可以抵抗模具壓制過(guò)程中沖擊造成的裂紋形成和擴(kuò)展，因此YG硬質(zhì)合金材料適合于在受沖擊和振動(dòng)條件下使用。但是，YG硬質(zhì)合金材料硬度偏低、抗塑性變形能力不夠，在模具使用過(guò)程中長(zhǎng)期沖擊作用下會(huì)發(fā)生塑性變形，從而導(dǎo)致模具精度降低。

提高YG硬質(zhì)合金材料的硬度和抗塑性變形的技術(shù)主要是通過(guò)細(xì)化晶粒或引入碳化物的方法。申請(qǐng)公布號(hào)為CN102994792A的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種高強(qiáng)度、高硬度納米晶鎢鈷硬質(zhì)合金材料的制備方法，它由常規(guī)原料亞細(xì)WC粉通過(guò)強(qiáng)化研磨加工、配料、濕磨、干燥、摻成型劑、制粒、壓制成型、加壓燒結(jié)八個(gè)工藝流程完成。該方法采用Fsss粒度為0.6～0.8μm的普通亞細(xì)顆粒WC粉以及粒度0.2～0.4μm金屬Co粉，增加強(qiáng)化研磨處理工序來(lái)改變亞細(xì)顆粒WC的粒度及粒度分布，得到的硬質(zhì)合金材料WC的平均粒度為0.2～0.4μm，韌性高、顯微硬度高。申請(qǐng)公布號(hào)為CN1888104A的發(fā)明專(zhuān)利公布了高性能超細(xì)晶WC～10wt％Co硬質(zhì)合金材料的制備方法。該發(fā)明將粒徑為30～60μm的純Co粉在氬氣保護(hù)下球磨16小時(shí)以上，得到微米級(jí)粒徑但具有納米晶顯微組織的Co粉，然后將0.2μm的WC粉和球磨后的Co粉按質(zhì)量比9:1進(jìn)行混合球磨，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，球磨時(shí)間為20～24小時(shí)，再將混合粉干燥、冷壓成型，放電等離子燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1120～1150℃，升溫速率為80～120℃/min，燒結(jié)壓力為30～60MPa，保溫時(shí)間為0～10min.制備的YG10超細(xì)硬質(zhì)合金材料平均晶粒尺寸小、硬度高。

等將TaC引入到WC-Co硬質(zhì)合金材料中以提高合金的抗塑性變形能力。所制備的合金成分為9.79Co-1.06Ta-44.25W-44.90C(at％)。為了避免Ta在硬質(zhì)合金材料中緩慢地析出到立方相(Ta,W)C中，Ta的添加量超過(guò)了其溶解度。而在燒結(jié)溫度下立方碳化物的核心可以保留在液相中，然后在冷卻過(guò)程中析出在已經(jīng)存在的相表面。采用粉末冶金方法，包括球磨混合、噴霧干燥、壓制和燒結(jié)等方法制備合金，燒結(jié)溫度為1410℃。獲得的WC-Co硬質(zhì)合金材料的硬度(Hv)為1405MPa，且實(shí)驗(yàn)證實(shí)Ta的加入對(duì)WC-Co硬質(zhì)合金材料在低速切削時(shí)的抗塑性變形能力有促進(jìn)的作用(GustafKatharina Buss,MikaelChristensen,et al.Effect of TaC on plastic deformation of WC-Co and Ti(C,N)-WC-Co[J].International Journal of Refractory MetalsHard Materials 2006,24:145-154.)。

但是，當(dāng)制備納米或者超細(xì)硬質(zhì)合金材料時(shí)，由于納米或超細(xì)粉末原料比表面積大、表面能高，在硬質(zhì)合金材料制備過(guò)程中粉末顆粒表面容易吸附氧或形成化合氧，造成原料粉末氧化，致使燒結(jié)時(shí)硬質(zhì)相和粘結(jié)劑的潤(rùn)濕性降低從而阻礙燒結(jié)致密化，且納米或超細(xì)原料粉末制備與儲(chǔ)存困難。納米或超細(xì)粉末高的表面能也導(dǎo)致在硬質(zhì)合金材料燒結(jié)過(guò)程中晶粒易長(zhǎng)大，從而超出“納米”或“超細(xì)”的范疇。而引入難熔金屬碳化物TaC的價(jià)格相當(dāng)昂貴，導(dǎo)致材料的成本明顯增加。