專利名稱：一種鈷含量呈梯度分布硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金制品的生產(chǎn)方法，特別是一種硬質(zhì)合金體內(nèi)的鈷元素含量由表及里呈梯度變化的硬質(zhì)合金制品的生產(chǎn)方法。該方法尤其適合用于WC-Co類(lèi)硬質(zhì)合金刀片(具)及拉伸模具等工、模具的生產(chǎn)制造，以提高其綜合機(jī)械性能。
背景技術(shù)：
常規(guī)WC-Co類(lèi)硬質(zhì)合金刀片、鉆齒、巖石切割及拉絲模等工、模具的內(nèi)、外金相組織均勻、機(jī)械性能一致。這種均勻結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金制品存在高硬度和耐磨性與強(qiáng)韌性之間難以調(diào)和的矛盾，即當(dāng)減少合金中鈷(Co)的含量以提高其硬度和耐磨性時(shí)，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，刀片、鉆齒、巖石切割刀具、模具等硬質(zhì)合金制品，在使用時(shí)要求表面具有很高的硬度和耐磨性，但為了使其能承受較大的沖擊力并阻止表面產(chǎn)生的裂紋向內(nèi)擴(kuò)散，又要求合金體內(nèi)應(yīng)具備較強(qiáng)的韌性；而金相及機(jī)械性能一致的產(chǎn)品在使用過(guò)程中，一旦表面產(chǎn)生裂紋時(shí)，其裂紋將很快擴(kuò)展并導(dǎo)致整個(gè)工、模具損壞、破裂而報(bào)廢。為了克服這一弊病，在公告號(hào)為CN106711B的專利文獻(xiàn)《最適于巖石鉆孔和礦石切割的硬質(zhì)合體》中公開(kāi)了一種合金體內(nèi)的鈷元素含量呈梯度變化的硬質(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(shí)，再在1450℃的溫度下燒結(jié)成金相及機(jī)械性能均勻一致的常規(guī)硬質(zhì)合金燒結(jié)體；然后再將其置于石墨舟皿中并采用Al2O3細(xì)粉填充后在1450℃的滲碳?xì)夥罩袩崽幚?小時(shí)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)，而芯部仍為含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(qiáng)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(kuò)展等特點(diǎn)。但卻存在一是兩步燒結(jié)、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高；二是采用Al2O3細(xì)粉填充，既阻礙了合金體與滲碳?xì)夥粘浞纸佑|，又會(huì)與燒結(jié)體產(chǎn)生脫碳反應(yīng)；通過(guò)氣體碳源滲碳、對(duì)設(shè)備控制精度及操作過(guò)程控制要求高，滲碳反應(yīng)活性低、滲碳時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)梯度形成速度慢；三是在滲碳燒結(jié)——鈷銻度形成后由于組織結(jié)構(gòu)的變化所造成的質(zhì)量及形體精度、穩(wěn)定性差、易變形等副作用，使其只能生產(chǎn)地質(zhì)鉆探用球齒、柱齒類(lèi)一定高、寬比的產(chǎn)品，而不能滿足對(duì)質(zhì)量和精度要求較高的諸如合金刀片、拉絲模具等產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。因此，該背景技術(shù)存在對(duì)設(shè)備控制精度及操作過(guò)程控制要求高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高、滲碳反應(yīng)活性低、滲碳時(shí)間長(zhǎng)、Co梯度形成速度慢，所生產(chǎn)的制品質(zhì)量及形體精度穩(wěn)定性差，不適合用于生產(chǎn)刀片、拉絲模類(lèi)質(zhì)量和精度要求較高的產(chǎn)品等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種鈷含量呈梯度分布硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法，以達(dá)到簡(jiǎn)化及優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高滲碳反應(yīng)活性、縮短滲碳時(shí)間，降低對(duì)生產(chǎn)設(shè)備性能的要求，提高工、模具硬質(zhì)合金制品的綜合機(jī)械性能、形體精度及其穩(wěn)定性等目的。
本發(fā)明的解決方案是將背景技術(shù)的燒結(jié)與滲碳(燒結(jié))處理合并一步進(jìn)行，同時(shí)采用純炭黑填充以提高其滲碳處理效率；滲碳處理后再對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行后處理以消除應(yīng)力、提高制品的質(zhì)量及形體精度的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)其目的。因而本發(fā)明生產(chǎn)方法包括A、配料濕磨按重量百分比計(jì)，將低碳WC粉75～98Wt％及2～25Wt％的鈷粉置于球磨機(jī)內(nèi)，以無(wú)水乙醇作介質(zhì)、硬質(zhì)合金球作研磨體，混合研磨24～48小時(shí)后，卸料、干燥、磨碎制成WC-2～25Wt％Co濕磨混合料粉；B、摻膠在上述濕磨混合料中摻入濃度為4～15％的橡膠溶液，摻入的橡膠量以濕磨混合料重量百分比計(jì)為0.5～1.5Wt％，混合均勻后經(jīng)干燥、磨碎，得摻膠混合料；C、模壓成型將上述摻膠混合料送入模具中，壓制成相應(yīng)的硬質(zhì)合金制品素坯(壓坯)，素坯密度為燒結(jié)體最終密度的20～40％；
D、燒結(jié)成型將上述壓制成型的素坯置于石墨舟皿中并以純炭黑粉作為填充料(滲碳劑)，覆蓋全部坯體后送入燒結(jié)爐中，在氫氣保護(hù)下燒結(jié)；燒結(jié)溫度1300°～1600℃，保溫0.5～2小時(shí)；E、后處理將經(jīng)D燒結(jié)成型的合金體再經(jīng)噴砂或熱等靜壓、真空熱處理，以消除燒結(jié)體內(nèi)應(yīng)力，即成。
上述低碳WC、其含C量為5.0～5.8Wt％。所述以純炭黑粉作填充料，其炭黑中所含灰份應(yīng)小于0.1％、揮發(fā)物含量小于1.5％、含水量小于0.5％。而所述將燒結(jié)成型的合金體再經(jīng)噴砂或熱等靜壓、真空熱處理；其噴砂氣流壓力0.3～0.6MPa，熱等靜壓處理在氬或氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，其溫度為1000°～1400℃，壓力3～100MPa，保溫30～60分鐘，真空熱處理溫度1000°～1500℃，真空度≤10Pa，保溫30～90分鐘。
本發(fā)明由于將背景技術(shù)的兩步燒結(jié)法合并為一步進(jìn)行，并采用純炭黑作為滲碳劑以代替Al2O3及氣體碳源滲碳，大大提高了滲碳反應(yīng)活性，降低了對(duì)設(shè)備及操作過(guò)程控制的要求，從而可縮短燒結(jié)及滲碳處理時(shí)間50％以上，降低生產(chǎn)成本30％左右，在滲碳燒結(jié)成型后增加一后處理工序，以消除制品中的內(nèi)應(yīng)力，又提高了制品的機(jī)械性能及形體精度及其穩(wěn)定性，擴(kuò)大了制品的生產(chǎn)和應(yīng)用范圍。因此，本發(fā)明具有工藝先進(jìn)、可靠，滲碳反應(yīng)活性強(qiáng)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備性能要求低，便于操作控制，硬質(zhì)合金制品中鈷含量結(jié)構(gòu)梯度明顯，綜合機(jī)械性能及形體精度高且穩(wěn)定性好，生產(chǎn)成本低且應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。
附圖及


圖1、圖2及圖3均為實(shí)施例1合金體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)電子探針(3000X)形貌分析圖；其中圖1、圖2、圖3分別為表層(貧Co層)、中間層(富Co層)及芯部組織結(jié)構(gòu)分析圖。
實(shí)施例1本實(shí)施例以生產(chǎn)牌號(hào)為YG6T的硬質(zhì)合金為例A、配料濕磨將總含碳(C)量為5.15wt％的WC粉940g及Co粉60g投入2L實(shí)驗(yàn)球磨筒內(nèi)，加入純度為99.0％的無(wú)水乙醇，濕磨36小時(shí)后澄清；然后將澄清所得濕粉料置于80℃溫度下干燥處理30分鐘，再將干燥物擦碎并過(guò)60目篩后，得濕磨混合料；B、摻膠將濃度為10％的汽油橡膠溶液110g(即含橡膠11.0g)加入上述濕磨混合料中，混合均勻后在100℃溫度下干燥，干燥物用60目篩擦碎后，即得摻膠混合料；C、模壓成型將摻膠混合料分別置于A118A刀片及合金條壓模中，在220KN壓力下壓制成A11gA刀片素坯及5.25×6.50×20.00的YG6T硬質(zhì)合金條素坯；D、燒結(jié)將經(jīng)C壓制的坯體置于石墨舟皿中并用純炭黑細(xì)粉覆蓋全部坯體表面，覆蓋層厚度高于最上層坯體10mm以上，然后將其送入二帶鉬絲爐中在氫氣氣氛及1400℃溫度下滲碳燒結(jié)，保溫時(shí)間50分鐘；得合金制品燒結(jié)體；E、后處理將上述燒結(jié)體置于1300℃溫度及40MPa壓力下，保溫、保壓40分鐘作熱等靜壓處理，消除其內(nèi)應(yīng)力后，即得A118A硬質(zhì)合金刀片及YG6T硬質(zhì)合金條。
所得制品經(jīng)檢測(cè)硬度HRA92.0、抗彎強(qiáng)度2630N/mm2，密度14.95g/cm3；經(jīng)YG6T解剖樣剖面金相組織檢測(cè)，未浸蝕放大100倍檢驗(yàn)結(jié)果孔隙度A類(lèi)A02，B類(lèi)B00；石墨中心脫碳；邊角C02。
剖面拋光后，宏觀肉眼觀察，即能看到明顯的三層結(jié)構(gòu)特征，表層厚0.3～1.00mm，中間層厚約0.3～0.8mm；分別作電子探針形貌分析得附圖1表層(貧Co層)，圖2中間層(富Co層)，圖3芯部，形貌分析圖。
實(shí)施例2本實(shí)施例以生產(chǎn)牌號(hào)為YG13T的硬質(zhì)合金為例將低碳WC粉870g，Co粉130g，配成總C含量4.8％，Co含量13％的混合料1.0kg，置于2L實(shí)驗(yàn)球磨筒濕磨40小時(shí)；以下除燒結(jié)溫度為1420℃外，其余均與實(shí)施例1同。所制得的5.25×6.50×20.00硬質(zhì)合金條及A118A刀片，經(jīng)物理機(jī)械性能檢測(cè)，其綜合機(jī)械性能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的YG13硬質(zhì)合金。
權(quán)利要求
1.一種鈷含量呈梯度分布硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法；其特征在于該方法包括A、配料濕磨按重量百分比計(jì)，將低碳WC粉75～98Wt％及2～25Wt％的鈷粉置于球磨機(jī)內(nèi)，以無(wú)水乙醇作介質(zhì)、硬質(zhì)合金球作研磨體，混合研磨24～48小時(shí)后，卸料、干燥、磨碎制成WC-2～25Wt％Co濕磨混合料粉；B、摻膠在上述濕磨混合料中摻入濃度為4～15％的橡膠溶液，摻入的橡膠量以濕磨混合料重量百分比計(jì)為0.5～1.5Wt％，混合均勻后經(jīng)干燥、磨碎，得摻膠混合料；C、模壓成型將上述摻膠混合料送入模具中，壓制成相應(yīng)的硬質(zhì)合金制品素坯，素坯密度為燒結(jié)體最終密度的20～40％；D、燒結(jié)成型將上述壓制成型的素坯置于石墨舟皿中并以純炭黑粉作為填充料，覆蓋全部坯體后送入燒結(jié)爐中，在氫氣保護(hù)下燒結(jié)；燒結(jié)溫度1300°～1600℃，保溫0.5～2小時(shí)；E、后處理將經(jīng)D燒結(jié)成型的合金體再經(jīng)噴砂或熱等靜壓、真空熱處理，以消除燒結(jié)體內(nèi)應(yīng)力，即成。
2.按權(quán)利要求1所述鈷含量呈梯度分布硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法；其特征在于所述低碳WC、其含C量為5.0～5.8Wt％。
3.按權(quán)利要求1所述鈷含量呈梯度分布硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法；其特征在于以純炭黑粉作填充料，其炭黑中所含灰份應(yīng)小于0.1％，揮發(fā)物含量小于1.5％，含水量小于0.5％。
4.按權(quán)利要求1所述鈷含量呈梯度分布硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法；其特征在于所述將燒結(jié)成型的合金體再經(jīng)噴砂或熱等靜壓、真空熱處理；其噴砂氣流壓力0.3～0.6MPa，熱等靜壓處理在氬或氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，其溫度為1000°～1400℃，壓力3～100MPa，保溫30～60分鐘，真空熱處理溫度1000°～1500℃，真空度≤10Pa，保溫30～90分鐘。
全文摘要
該發(fā)明屬于硬質(zhì)合金制品的生產(chǎn)方法，該方法包括配料濕磨、摻膠、模壓成型、素坯裝舟并采用純炭黑覆蓋后送入燒結(jié)爐，在氫氣保護(hù)下燒結(jié)、燒結(jié)體再經(jīng)后處理以消除內(nèi)應(yīng)力，即制得鈷含量呈梯度分布的硬質(zhì)合金。該方法由于將燒結(jié)與滲碳燒結(jié)合并為一步進(jìn)行并采用純炭黑作滲碳劑，同時(shí)在燒結(jié)后增加一后處理工序，從而具有工藝先進(jìn)、可靠、滲碳反應(yīng)活性強(qiáng)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求低、便于操作控制，硬質(zhì)合金制品中鈷含量梯度結(jié)構(gòu)明顯，綜合機(jī)械性能及形體精度高且穩(wěn)定性好，生產(chǎn)成本可降低30％左右。且適用范圍廣等特點(diǎn)，克服了背景技術(shù)生產(chǎn)周期長(zhǎng)、對(duì)設(shè)備及操作控制要求高、滲碳反應(yīng)活性低、制品性能穩(wěn)定性差且不適合生產(chǎn)刀片、拉絲模具類(lèi)產(chǎn)品等缺陷。
文檔編號(hào)C22C29/08GK1557983SQ20041002178
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者張繼芳, 熊繼, 芶立, 周永貴 申請(qǐng)人:自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司