專利名稱：一種性能呈梯度變化的硬質(zhì)合金拉絲模具的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于拉絲模具生產(chǎn)領(lǐng)域中的硬質(zhì)合金拉絲模的生產(chǎn)方法，特別是一種模具體的機械性能從外到內(nèi)呈梯度分布的硬質(zhì)合金拉絲模具的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金模具(即標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金模具)的內(nèi)外機械性能及金相組織是一致的，這類模具往往存在著高硬度、耐磨性與強韌性之間難以調(diào)和的的矛盾，即當(dāng)減少合金中鈷(Co)的含量以提高其硬度和耐磨性時，合金體的韌性即隨之下降，反之則影響其硬度和耐磨性。此外，金相及機械性能一致的硬質(zhì)合金拉絲模，在拉絲過程中當(dāng)模具表面產(chǎn)生裂紋時，其裂紋將很快擴展并導(dǎo)致整個模具破裂報廢。為了克服這一弊病，在公告號為CN1016711B的專利文獻《最適于巖石鉆孔和礦石切割的硬質(zhì)合金體》中，公開了一種合金體機械性能呈梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金。該硬質(zhì)合金體的生產(chǎn)方法是采用低碳WC與適量的鈷(Co)粉為原料，混合均勻并壓制成坯件后，在900℃左右溫度及N2氣氛中預(yù)燒1小時、再在1450℃的溫度下燒結(jié)成金相及機械性能均勻一致的合金體；然后將其置于石墨舟皿中并采用Al2O3與石墨混合粉料作為滲碳劑，在1450℃的滲碳氣氛中熱處理2小時以上而制得合金表面層為含Co量低于合金平均值的WC+γ相區(qū)，中間層為含Co量高于合金平均值WC+γ相區(qū)，而芯部則為含η相的硬質(zhì)合金體。該發(fā)明雖然具有表面硬度及耐磨性高，合金中部富鈷(Co)層的形成又具有韌性強而可吸收合金體表面承受的沖擊，有效阻止表面裂紋向內(nèi)擴散等特點。但由于滲碳劑僅由Al2O3加上1.0％左右的石墨粒混合而成，其配方簡單，滲碳反應(yīng)活性低，因此存在滲碳處理時間長，溫度要求相對較高、而結(jié)構(gòu)梯度形成速度慢，生產(chǎn)率低；超過2小時的高溫滲碳處理又將會導(dǎo)致合金的晶粒長大、降低合金的使用性能等弊病；此外，采用上述方法生產(chǎn)機械性能等呈梯度變化的硬質(zhì)合金，還存在能耗及生產(chǎn)成本高的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的弊病，研究設(shè)計一種性能呈梯度變化的硬質(zhì)合金拉絲模具的生產(chǎn)方法，以達到在對硬質(zhì)合金拉絲模具進行滲碳處理過程中加快模具體梯度結(jié)構(gòu)形成的速度、縮短滲碳處理時間、提高拉絲模的綜合機械性能、使用性能和生產(chǎn)率、延長模具的使用壽命，降低能耗和生產(chǎn)成本等目的。
本發(fā)明的解決方案是針對背景技術(shù)滲碳處理時間長，滲碳劑成份簡單、反應(yīng)活性低、滲碳處理效率低等缺陷，在滲碳處理時采用含Al2O3、石墨粒及碳酸鹽或/和碳酸氫鹽的混合粉料作為滲碳劑。即利用碳酸鹽或碳酸氫鹽在滲碳溫度下分解得到CO2，CO2與石墨粒反應(yīng)生成CO氣體，此時的CO氣體具有較強的活性，能夠迅速進入液相并與合金體內(nèi)的η相(W3CO3C、W2CO4C等)進行反應(yīng)生成WC，從而達到目的。其化學(xué)反應(yīng)原理如下(1)(2)(3)(4)(5)上述反應(yīng)均在1380～1500℃溫度下進行，其中的R可以是Na或Ca、Ba、K、Mg、Al等元素。
因此，本發(fā)明方法包括A、配料按重量百分比計，將低碳WC粉92～95wt％與5～8wt％的鈷粉置于球磨機內(nèi)，混合24～48小時，制成WC-5～8wt％Co混合粉料，然后加入混合粉料重2.0～2.5wt％的石蠟并混合均勻后，待用；B、模壓成型將上述待用的粉料置于拉絲模模腔中，壓制成拉絲模素坯，坯體強度為模具最終強度的25～40％；C、預(yù)燒、脫蠟將壓制成型的坯體送入爐內(nèi)，在真空條件或在氫氣及氮氣、氬氣類惰性氣體保護下、在800～1000℃溫度下預(yù)燒、脫蠟40～80min；
D、燒結(jié)經(jīng)脫蠟處理的坯件，再送入低壓燒結(jié)爐中，在3.5～6.0Mpa壓力及1380～1450℃下進行燒結(jié)處理，燒結(jié)時間30～150min，坯件冷卻后待用；E、滲碳處理將經(jīng)燒結(jié)冷卻待用的坯件及含Al2O330～50wt％、石墨粒10～30wt％、碳酸鹽或/和碳酸氫鹽30～50wt％的滲碳劑裝入石墨舟皿中并將各坯件埋入滲碳劑內(nèi)，然后送入熱處理爐中在1390～1450℃的溫度范圍內(nèi)、滲碳處理50～120min，冷卻后即成。
上述碳酸鹽及碳酸氫鹽為Na或Ca、Ba、K、Mg、Al的碳酸鹽或碳酸氫鹽。而所述石墨粒的粒徑為0.3～2.0mm。而低碳WC粉為C含量低于化學(xué)計量0.1～0.7wt％的WC粉。
本發(fā)明由于在滲碳處理過程中滲碳劑內(nèi)的碳酸鹽或/和碳酸氫鹽在滲碳溫度下分解得到CO2，繼而與石墨粒反應(yīng)又生成活性較強的CO氣體，該氣體迅速進入液相并與合金體內(nèi)的η相反應(yīng)生成WC，游離出Co并促使其向內(nèi)遷移，使模具表層成為W+γ相且Co含量低于模具體平均值的相區(qū)，而具有高的硬度和耐磨性；中間層為W+γ相且Co含量高于模具平均值的相區(qū)，而具有較高的韌性；模具體的芯部由于在滲碳過程中幾乎沒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，仍含有η相組織，其剛性強。因此，本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)梯度明顯、滲碳處理時間短，表面無η相層厚度值高、形成速度快，與背景技術(shù)相比在同等厚度的梯度下可縮短滲碳時間55％左右、表面無η相厚度提高40％以上、平均強度提高20～25％；與標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金拉絲模比較，其使用壽命提高65％左右；且具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本及能耗低等特點。
附圖及


圖1為實施例拉絲模具結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、模具本體，2、定徑帶，3、絲材出口，4、預(yù)拉帶，5、預(yù)拉帶外口(環(huán)面)。
實施例1本實施例以生產(chǎn)S13～17型棒材拉絲模為例A、配料將總含碳量為5.25wt％的WC粉93kg與7kgCo粉投入球磨機內(nèi)球磨混合36小時，制得的WC-7wt％Co混合料送入機械攪拌混合器內(nèi)，在攪拌條件下噴入2.2kg石蠟，攪拌混合均勻后，待用；B、壓制拉絲模素坯將上述混合料分批送入S13～17型模腔中，在200KN的壓力下壓制成強度為最終強度30％的素坯；C、預(yù)燒、脫蠟將壓制成型的素坯送入氫氣燒結(jié)爐中，在900℃溫度下預(yù)燒60min脫除坯體中的石蠟；D、燒結(jié)經(jīng)脫蠟處理的坯件送入低壓燒結(jié)爐中，在5.0Mpa壓力及1400℃溫度燒結(jié)時間100min，坯件冷卻后待用；所得的燒結(jié)體，其顯微組織結(jié)構(gòu)均勻，η相細小并且均勻彌散分布于整個拉絲模坯體中。
E、滲碳處理將含Al2O340wt％、粒度為1.2mm的石墨粒20wt％、工業(yè)純碳酸鈉40 wt％的滲碳劑2.0kg置于石墨舟皿中，并將燒結(jié)處理后的拉絲模坯體埋于滲碳劑中后，送入馬弗爐中在1400～1410℃的滲碳氣氛中滲碳處理100min后即得最終產(chǎn)品S13～17型棒材拉絲模。
該拉絲模具本體1、直徑φ50.0mm、預(yù)拉帶4的角度16°、其外口5的環(huán)面弧度為R5mm，定徑帶2直徑φ17.50mm、高5.5mm，絲材出口3倒角(錐環(huán)面)60°、軸向高4.5mm。本實施例經(jīng)金相檢測，表面低鈷層(無η相層)1-1平均厚2.8mm、富鈷層1-2平均厚度約2.5mm；芯部顯微組織結(jié)構(gòu)仍與滲碳處理前相同，即在滲碳過程中幾乎未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。試樣平均抗彎強度3130N/mm2，平均硬度(HRA)91.96。
實施例2本實施例采用純度為工業(yè)級的碳酸氫鈣45wt％，純度為99.5％的Al2O340wt％及含C量為99.9％、平均粒度1.0mm的石墨粒15wt％的混合粉料作為滲碳劑；其余工藝參數(shù)均與實施例1同。
權(quán)利要求
1.一種性能呈梯度變化的硬質(zhì)合金拉絲模具的生產(chǎn)方法；其特征在于該方法包括A、配料按重量百分比計，將低碳WC粉92～95wt％與5～8wt％的鈷粉置于球磨機內(nèi)，混合24～48小時，制成WC-5～8wt％Co混合粉料，然后加入混合粉料重2.0～2.5wt％的石蠟并混合均勻后，待用；B、模壓成型將上述待用的粉料置于拉絲模模腔中，壓制成拉絲模素坯，坯體強度為模具最終強度的25～40％；C、預(yù)燒、脫蠟將壓制成型的坯體送入爐內(nèi)，在真空條件或在氫氣及氮氣、氬氣類惰性氣體保護下、在800～1000℃溫度下預(yù)燒、脫蠟處理40～80min；D、燒結(jié)經(jīng)脫蠟處理的坯件，再送入低壓燒結(jié)爐中，在3.5～6.0Mpa壓力及1380～1450℃下進行燒結(jié)處理，燒結(jié)時間30～150min，坯件冷卻后待用；E、滲碳處理將經(jīng)燒結(jié)冷卻待用的坯件及含Al2O330～50wt％、石墨粒10～30wt％、碳酸鹽或/和碳酸氫鹽30～50wt％的滲碳劑裝入石墨舟皿中并將各坯件埋入滲碳劑內(nèi)，然后送入熱處理爐中在1390～1450℃的溫度范圍內(nèi)、滲碳處理50～120min，冷卻后即成。
2.按權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金拉絲模具的生產(chǎn)方法，其特征在于所述碳酸鹽及碳酸氫鹽為Na或Ca、Ba、K、Mg、Al的碳酸鹽或碳酸氫鹽。
3.按權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金拉絲模具的生產(chǎn)方法，其特征在于所述石墨粒的粒徑為0.3～2.0mm。
4.按權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金拉絲模的生產(chǎn)方法，其特征在于所述低碳WC粉為C含量低于化學(xué)計量0.1～0.7wt％的WC粉。
全文摘要
該發(fā)明屬于硬質(zhì)合金拉絲模的生產(chǎn)方法。包括配料、模壓成型、預(yù)燒脫蠟、燒結(jié)及滲碳處理。該發(fā)明由于在滲碳處理過程中采用Al
文檔編號B21C3/00GK1526488SQ03135890
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者劉詠, 張林秋, 羊建高, 李芳 , 劉 詠 申請人:自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司