一種WC?Co系硬質(zhì)合金的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種WC?Co系硬質(zhì)合金的制備工藝，其包括將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；將上述合金粉置于石墨模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)完成后卸模，得到硬質(zhì)合金；再對上述硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理。本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時間較短，合金元素來不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析；同時，將WC?Co合金粉進(jìn)行熱壓燒結(jié)和熱處理，可獲得較高的硬度和強(qiáng)度的硬質(zhì)合金材料。
【專利說明】
一種WG-Go系硬質(zhì)合金的制備工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及銅基合金材料，具體說是WC-Co系硬質(zhì)合金的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]礦山、煤炭和石油鉆探用硬質(zhì)合金的用量很大，這些鑿巖用硬質(zhì)合金工具由于技術(shù)的限制，多年來變化很小，且這些變化無非是通過精度控制合金純凈度和粘結(jié)相組成等。目前礦用硬質(zhì)合金工具主要采用WC-Co合金。一般情況下，鉆井用、煤炭開采用和瀝青切割用沖擊式鉆頭上的合金組成為WC和6—ll%Co，而不同用途的合金，因為某些性能的提高導(dǎo)致另一些性能的降低。如高耐磨合金通常韌性不好，反之，韌性好的合金耐磨性不佳。降低Co含量和提高硬度可減少合金磨損，而增加Co含量和加大WC晶粒度可提高沖擊韌性。
[0003]目前，WC-Co合金的制備可采用層壓法、燒結(jié)等工藝，通過這些工藝制備的WC-Co硬質(zhì)合金的WC晶粒呈連續(xù)分布，且具有Co相梯度的合金，細(xì)晶一側(cè)具有較高的硬度，粗晶一側(cè)具有一定的抗彎強(qiáng)度;在燒結(jié)時，Co相從粗晶一側(cè)迀移至細(xì)晶側(cè)，其硬度和強(qiáng)度還不夠。隨著自然資源的不斷開發(fā)與應(yīng)用，對礦山用硬質(zhì)合金的要求越來越高，不僅需要較高強(qiáng)度、較好硬度的硬質(zhì)合金工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可制備硬度較大、強(qiáng)度較高的WC-Co系硬質(zhì)合金的制備工藝。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種WC-Co系硬質(zhì)合金的制備工藝，其包括以下步驟:
(1)將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；
(2)將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；
(3)將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；
(4)裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；
(5)將上述合金粉置于石墨模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)完成后卸模，得到硬質(zhì)合金；
(6)再對上述硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理。
[0006]作為優(yōu)選，在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。
[0007]作為優(yōu)選，熱壓燒結(jié)時，先以280—320 °C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600°C溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700 °C溫度燒結(jié)20—30s。
[0008]作為優(yōu)選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。
[0009]作為優(yōu)選，固溶處理的溫度為650—700°C，時間為10—12min。
[0010]作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。
[0011]作為優(yōu)選，時效處理的溫度為300—350°C，時間為2—3h。
[0012]作為優(yōu)選，球磨時間為18—22h，球料比為4.5:1。
[0013]從以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時間較短，合金元素來不及擴(kuò)散，從而細(xì)化組織，降低偏析；同時，將WC-Co合金粉進(jìn)行熱壓燒結(jié)和熱處理，可獲得較高的硬度和強(qiáng)度的硬質(zhì)合金材料。
【具體實施方式】
[0014]下面將詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0015]—種WC-Co系硬質(zhì)合金的制備工藝，其包括以下步驟:
以WC、Co粉為原料，并按Co的含量為5—10的%配料;然后將WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，以除去合金帶表面的氧化層，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干;裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉;球磨時間為18—22h，球料比為4.5:1。
[0016]將上述合金粉置于石墨模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)完成后卸模，得到硬質(zhì)合金材料;熱壓燒結(jié)分三階段進(jìn)行，先以280—320 °C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600 °C溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700 °C溫度燒結(jié)20—30s;第一階段屬于燒結(jié)準(zhǔn)備階段，為進(jìn)一步地?zé)Y(jié)凈化環(huán)境;第二階段隨著溫度的升高，合金物質(zhì)顆粒之間開始形成燒結(jié)頸，并相互結(jié)合，顆粒表面氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，從而繼續(xù)參與燒結(jié)，顆粒間的結(jié)合封閉了相互之間的空隙；第三個階段的燒結(jié)溫度更高，顆粒間的燒結(jié)頸進(jìn)一步長大，更多的顆粒得到合并，燒結(jié)體得到進(jìn)一步收縮、球化，從而提高制備材料的強(qiáng)度和硬度。
[0017]對上述粉末冶金材料進(jìn)行熱處理;熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理；固溶處理的溫度為650—700 °C，時間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大??；固溶溫度過高，會導(dǎo)致晶粒粗大，降低合金強(qiáng)度；固溶溫度過低，晶粒雖較小，但會導(dǎo)致后續(xù)時效處理難以發(fā)揮強(qiáng)化合金的作用。
[0018]作為優(yōu)選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%;時效處理前對合金進(jìn)行冷加工變形，可使合金呈現(xiàn)形變強(qiáng)化和時效強(qiáng)化的雙重效果;時效處理的溫度為300—350°C，時間為2—3h;時效處理可析出第二相，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化。
[0019]實施例1
將95wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入5wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6ym，Co粉的粒徑為0.5—0.8μπι，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨18h，得到合金粉;將合金粉置于石墨模具中，先以280°C的溫度燒結(jié)30s，然后以500°C溫度燒結(jié)60s，再以650°C溫度燒結(jié)30s;隨后以650°C固溶處理12min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%;最后以300°C時效處理3h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料。測得該材料的硬度為52.3HRC，剪切強(qiáng)度為624.6MPa。
[0020]實施例2
將92wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入8wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6ym，Co粉的粒徑為0.5—0.8μπι，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨20h，得到合金粉;將合金粉置于石墨模具中，先以300°C的溫度燒結(jié)25s，然后以560 °C溫度燒結(jié)50s，再以680°C溫度燒結(jié)25s;隨后以680 °C固溶處理Ilmin;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%;最后以330 °C時效處理2.5h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料。測得該材料的硬度為69.8HRC，剪切強(qiáng)度為687.1MPa。
[0021]實施例3
將90wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入1wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6μπι，Co粉的粒徑為0.5—0.8μπι，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液;將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶;將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數(shù)分鐘，并經(jīng)多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內(nèi)烘干;然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5:1的球料比球磨22h，得到合金粉;將合金粉置于石墨模具中，先以320°C的溫度燒結(jié)20s，然后以600 °C溫度燒結(jié)40s，再以700°C溫度燒結(jié)20s;隨后以700 °C固溶處理1min;接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%;最后以350 °C時效處理2h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料。測得該材料的硬度為64.6HRC，剪切強(qiáng)度為634.6MPa。
[0022]以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在【具體實施方式】以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項】
1.一種WC-Co系硬質(zhì)合金的制備工藝，其包括以下步驟: (I)將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液； (2 )將合金液滴落至高速旋轉(zhuǎn)的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶； (3)將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥； (4)裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉； (5)將上述合金粉置于石墨模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)完成后卸模，得到硬質(zhì)合金； (6)再對上述硬質(zhì)合金進(jìn)行熱處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金的制備工藝，其特征在于:在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。3.如權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金的制備工藝，其特征在于:熱壓燒結(jié)時，先以280—320°C的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600 °C溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700°C溫度燒結(jié)20—30s。4.如權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金的制備工藝，其特征在于:熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。5.如權(quán)利要求4所述硬質(zhì)合金的制備工藝，其特征在于:固溶處理的溫度為650—700°C，時間為10—12min。6.如權(quán)利要求4所述硬質(zhì)合金的制備工藝，其特征在于:冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%。7.如權(quán)利要求4所述硬質(zhì)合金的制備工藝，其特征在于:時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h。8.如權(quán)利要求1所述硬質(zhì)合金的制備工藝，其特征在于:球磨時間為18—22h，球料比為.4.5:1。
【文檔編號】C22C29/08GK106065449SQ201610606657
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月29日
【發(fā)明人】易鑒榮, 唐臻, 林荔珊
【申請人】柳州豪祥特科技有限公司