本發(fā)明涉及的是一種用于工業(yè)設(shè)備傳輸、轉(zhuǎn)動、閥等機(jī)械中的部件，特別涉及的是一種硬質(zhì)合金球及其制備方法。

背景技術(shù)：
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工業(yè)設(shè)備傳輸、轉(zhuǎn)動、閥、研磨等廣泛使用球。目前使用較普遍的有鋼球、陶瓷球、整體硬質(zhì)合金球。鋼球靱性好，耐磨、耐腐蝕、耐溫較差；陶瓷球輕、耐磨、耐腐蝕、自潤滑，但性脆、抗壓和沖擊力差、熱導(dǎo)差； 整體硬質(zhì)合金球耐磨、耐腐蝕、耐高溫、熱脹系數(shù)低、抗壓和抗沖擊是陶瓷的2倍以上，但比重大12～15克/ 立方厘米，且價格髙，是鋼材的百倍、陶瓷價格的3倍左右，嚴(yán)重制約了使用范圍。由于比重大，動能高也受到使用限制。比如鋼鐵廠高速軋機(jī)傳送，用整體硬質(zhì)合金球太重傳送不動，用陶瓷不耐沖擊和高溫，用鋼球易高溫退火不耐磨。醫(yī)藥、石化、印染鋼球耐腐蝕差，陶瓷脆，易掉塊，硬質(zhì)合金太貴，比重大不能高速旋轉(zhuǎn)。其它領(lǐng)域也同樣遇到類似難以解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，提供一種耐磨、耐腐蝕、耐高溫，可靠性高，安全，使用壽命長，使用范圍廣的硬質(zhì)合金球。

本發(fā)明的另一個目的是為了提供一種硬質(zhì)合金球的制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明硬質(zhì)合金球，包括硬質(zhì)合金球殼體、位于硬質(zhì)合金球殼體內(nèi)與硬質(zhì)合金球殼體內(nèi)壁復(fù)合的由異于硬質(zhì)合金的材料制成的實(shí)心球體。

上述的實(shí)心球體由金屬和/或金屬氧化物和/或金屬碳化物和/或非金屬和/或非金屬氧化物和/或非金屬碳化物制成。

上述的實(shí)心球體采用石墨制成，或采用鎢鎳高比重合金制成。

上述的硬質(zhì)合金球的密度為3～18克/立方厘米。

本發(fā)明硬質(zhì)合金球的制備方法，包括以下步驟：

1）制備實(shí)心球體：選材，經(jīng)1200～2300℃高溫?zé)瞥衫砘阅芊€(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求的實(shí)心球體，精加工至要求的尺寸；

2）在實(shí)心球體上附著一層熔點(diǎn)為20～600℃低熔點(diǎn)材料層，低熔點(diǎn)材料層的厚度相當(dāng)于硬質(zhì)合金球殼體高溫?zé)Y(jié)后的收縮量；

3）在實(shí)心球體上的低熔點(diǎn)材料層外附著硬質(zhì)合金粉體并壓實(shí)，達(dá)到硬質(zhì)合金壓坯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

4）燒結(jié)：預(yù)燒或浸泡：在低熔點(diǎn)材料的低熔點(diǎn)20～600℃范圍內(nèi)低溫熔化掉或在溶劑中浸泡掉實(shí)心球體上的低熔點(diǎn)材料層，然后進(jìn)行燒結(jié)，溶劑可采用溶劑油（如汽油、四氫萘、煤油、碳?xì)淙軇┯停┗蚓凭龋?/p>

5）精磨加工。

本發(fā)明硬質(zhì)合金球的制備方法，包括以下步驟：

1）制備實(shí)心球體：選材，經(jīng)1200～2300℃高溫?zé)瞥衫砘阅芊€(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求的實(shí)心球體，精加工至要求的尺寸；

2）硬質(zhì)合金球殼體采用兩個硬質(zhì)合金空心半球殼燒制成型，加工內(nèi)壁至與實(shí)心球體配合的尺寸；

3）將實(shí)心球體嵌入兩個硬質(zhì)合金空心半球殼中，兩個硬質(zhì)合金空心半球殼合攏，適度加壓、二次燒結(jié)，在硬質(zhì)合金液相溫度下使兩個硬質(zhì)合金空心半球殼燒結(jié)成一體，實(shí)現(xiàn)兩個硬質(zhì)合金空心半球殼同質(zhì)燒結(jié)；

4）精磨加工。

本發(fā)明硬質(zhì)合金球的制備方法，包括以下步驟：

1）制備實(shí)心球體：選擇高于焊接溫度的材料做成實(shí)心球體，精加工至要求的尺寸；

2）硬質(zhì)合金球殼體采用兩個硬質(zhì)合金空心半球殼燒制成型，加工內(nèi)壁至與實(shí)心球體配合的尺寸；

3）將實(shí)心球體嵌入兩個硬質(zhì)合金空心半球殼中，將兩個硬質(zhì)合金空心半球殼焊接成一體；

4）精磨加工。

本發(fā)明在硬質(zhì)合金球殼體內(nèi)壁復(fù)合有異于硬質(zhì)合金材料制成的實(shí)心球體，緊密包裹成一個新型結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金球，既保持了原整體硬質(zhì)合金球耐磨、耐腐蝕、耐髙溫的特性不變，又改變了它的比重（從原來的12～15克/ 立方厘米，擴(kuò)展到3～18克/立方厘米），一方面減少了硬質(zhì)合金使用量，大大降低了成本；另一方面比重的變化，本發(fā)明輕質(zhì)硬質(zhì)合金球可用于高速旋轉(zhuǎn)；重質(zhì)（密度17～18克/立方厘米）三耐（耐磨、耐腐蝕、耐高溫）硬質(zhì)合金球可以擴(kuò)展到特殊用途。顯然本發(fā)明硬質(zhì)合金球提高了許多工業(yè)部件的使用的可靠性、安全性和壽命。本發(fā)明硬質(zhì)合金球可以取代用鋼球、陶瓷球、原硬質(zhì)合金球的技術(shù)劣勢，同時也使用戶獲得性價比更髙的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。更重要的是解決了在特種需要的環(huán)境下用球的技術(shù)難題（如高速軋機(jī)）。

本發(fā)明的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、已有的整體硬質(zhì)合金球都是同體同質(zhì)，本發(fā)明方法制作的是同體不同質(zhì)的硬質(zhì)合金球；

2、本發(fā)明方法有效的解決了硬質(zhì)合金球殼體高溫?zé)Y(jié)收縮空間。硬質(zhì)合金球殼體燒結(jié)是一個收縮（變?。┻^程。從粉末成型到燒制，為硬質(zhì)合金球殼體外層合金收縮設(shè)計(jì)了一個低溫（600℃以下）材料層，這個低溫材料層為硬質(zhì)合金球殼體高溫（1300～1550℃收縮留出了精準(zhǔn)的時、空間；

3、包裹實(shí)心球體的二次燒結(jié)和焊接，在硬質(zhì)合金領(lǐng)域仍然是首創(chuàng)。原理雖簡單，但制作過程需要解決的問題仍然是一條劈荒開路的探索過程。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明硬質(zhì)合金球結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

參見圖1，本實(shí)施例1直徑為42.88mm的硬質(zhì)合金球。包括yg8的硬質(zhì)合金球殼體1、位于硬質(zhì)合金球殼體1內(nèi)的密度為1.89的石墨實(shí)心球體2。yg8硬質(zhì)合金球殼體的厚度分別為2mm、3mm、4mm，石墨實(shí)心球體直徑對應(yīng)為38.88mm、36.88mm、34.88mm。制成后的硬質(zhì)合金球重分別為224g、281g、331.5g。本實(shí)施例1中的硬質(zhì)合金球重比已有的整體硬質(zhì)合金球（整體硬質(zhì)合金球材料選擇yg8,密度為14.8，硬度HRA90，合金球重611g）。分別減少了387g、330g、280g，密度從原來的14.8分別降低到5.4、6.8、8.0。如果把球直徑加大，心部低密度材料（如石墨）體積比増大，球的整體密度還可降低至3.0。表面硬度不變HRA90。這樣的新型結(jié)構(gòu)的球保持了高硬度、高耐磨、耐高溫，密度從整體硬質(zhì)合金高密度降到彽密度的輕質(zhì)球。本實(shí)施例1硬質(zhì)合金球適合高速、超高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)用。

本實(shí)施例1直徑為42.88mm硬質(zhì)合金球的制備方法是：1）制備實(shí)心球體：先用石墨精密加工成39.88mm的球，在1500℃燒1小時左右，冷卻取出測量尺寸和單重，其變化極小或不變情況下可采用，變化大可多次燒結(jié)，精加工至直徑為38.88mm；2)做一個38.88×1.20 mm的卡孤式球形陰模，上面留注射孔，把石墨實(shí)心球體放在陰模中間，注入熔化的石臘，使其均勻包圍石墨實(shí)心球體；3）冷卻后取出，放入42.88x1.30（或比1.30更大）mm的球形陰模中間，注入yg8摻膠稀濕料，使其均勻包裏包覆有石臘的石墨實(shí)心球體，干燥冷卻后取出等靜壓，等靜壓后的硬質(zhì)合金壓坯加工至43.88x1.2 mm；4）預(yù)燒至100℃使石臘層全部脫出（用重量控制），最后放入真空爐燒至1420℃，冷卻后取出獲得直徑為43.88 mm的球；5）精磨后獲得高精度的硬質(zhì)合金球（軸承球）。

實(shí)施例2：

參見圖1，本實(shí)施例2直徑為42.88mm的硬質(zhì)合金球。本發(fā)明的硬質(zhì)合金球中的實(shí)心球體釆用金屬陶瓷實(shí)心球體（碳氮化鈦），實(shí)測密度7.2；硬質(zhì)合金球殼體1采用yg8硬質(zhì)合金材料制成。硬質(zhì)合金球殼體厚度分別為2mm、3mm、4mm，陶瓷實(shí)心球體2直徑分別為38.88mm、36.88mm、34.88mm。球重分別為376.91g、411.15g、441.98g；密度分別為9.13、9.96、10.70。與整體硬質(zhì)合金球（整體硬質(zhì)合金球材料選擇yg8,密度14.8，硬度HRA90，球重611g）相比重量分別降低40%、33%、28%。密度分別降低了38%、33%、28%。球表面硬度保持HRA90。本實(shí)施例2為中等密度的硬質(zhì)合金球。其優(yōu)越的耐磨、耐腐蝕、耐高溫使鋼球無可比擬。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例3直徑為42.88mm的硬質(zhì)合金球。硬質(zhì)合金球中的實(shí)心球體釆用金屬高溫?zé)坪蟮逆u鎳實(shí)心球體，密度18.5。硬質(zhì)合金球殼體1用2mm厚yg8硬質(zhì)合金材料制成。鎢鎳實(shí)心球體直徑為38.88 mm。球重為：724g，密度為17.5，本發(fā)明硬質(zhì)合金球與整體硬質(zhì)合金球（材料選擇yg8,密度14.8，硬度HRA90,合金球重611g）相比，重量増加18.5%，密度増加18.2%。隨球的直徑増加，內(nèi)心高比重成份増加密度還可大于17.5，甚至到18。本實(shí)施例3可獲高硬度、高耐磨、耐溫、耐腐蝕的髙比重硬質(zhì)合金球。為特種用途増?zhí)砹思夹g(shù)和產(chǎn)品儲備。

實(shí)施例4：

參見圖1，YN15(WC：Ni:CrC=84.4：15：0.6)直徑為52mm的硬質(zhì)合金球中的實(shí)心球體2用氧化鋯陶瓷，硬質(zhì)合金球殼體1用3mm厚的硬質(zhì)合金制作。本實(shí)施例4的制備方法是：1）制作直徑為46.0mm的氧化鋯陶瓷實(shí)心球體，精度由用途定；2）在直徑為46.0mm的氧化鋯陶瓷實(shí)心球體注射一層46.0x1.2mm石臘層；3）其外再用注射、壓制方法包裹一層yg15硬質(zhì)合金，經(jīng)等靜壓獲得直徑為53x1.2mm的三層球；4）預(yù)燒100℃，脫去石臘，放入真空爐中燒至1450℃冷卻取出獲直徑為53.0mm的球；5）精磨后可獲得高耐磨、耐腐蝕、耐溫、抗強(qiáng)幅射的硬質(zhì)合金球。在石化、醫(yī)藥、核工業(yè)可得到應(yīng)用。

實(shí)施例5：

參見圖1，本實(shí)施例5直徑55mm的硬質(zhì)合金球中有用yg20C的硬質(zhì)合金（WC：Co:=80:20）WC為粗顆粒做制作厚度為4mm的硬質(zhì)合金球殼1，用高純石墨（抗壓強(qiáng)度55MP）制作實(shí)心球體2。本實(shí)施例5的制備方法是：1）用高純石墨做成直徑為48mm的石墨實(shí)心球體坯，鍛燒至1500℃，冷卻測定理化性能穩(wěn)定后精加工至直徑為47mm，圓度0.5μm，直徑公差1.0μm；2）放置在直徑為47.00×1.2的圓形陰模中間，注入石臘；3）冷卻后取出放入56×1.3 mm（或比1.3大）的球形陰模中間，注入yg20C的混合料，干燥后取出等靜壓，獲得直徑為56×1.2 mm的三層球壓坯；4）100℃預(yù)燒脫臘1～6小時，最后放入真空爐中燒至1410℃，冷后獲得直徑為56mm的球；5）精密加工成直徑55mm硬質(zhì)合金球。表層硬度為HRA85，抗壓強(qiáng)度2400N，重量為直徑為561g，密度為6.44。獲得高強(qiáng)度，高硬度、耐沖擊輕質(zhì)硬質(zhì)合金球。其密度和陶瓷球相當(dāng)，但使用性能遠(yuǎn)高于陶瓷球。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例6用二次燒結(jié)法制作直徑55mm的yg20c硬質(zhì)金合球。硬質(zhì)合金球殼體4mm厚，實(shí)心球體2采用高純石墨制成。本實(shí)施例6的制備方法是：1）用高純石墨加工成直徑為47mm的球，負(fù)公差為2.5mm；2）用注射成形技術(shù)加工成外徑56×1.24mm、內(nèi)徑為46×1.24mm的yg20c的兩個硬質(zhì)合金半球殼，經(jīng)脫脂浸泡60小時，燒結(jié)7.5小時獲外徑56mm、內(nèi)徑46mm兩個硬質(zhì)合金半球殼；精加工內(nèi)孔至直徑47mm，公差十2.5mm；3）嵌入石墨實(shí)心球體，合扣兩個yg20c硬質(zhì)合金半球殼，在有圓孔的石墨板上固定硬質(zhì)合金球方向，使上、下兩個硬質(zhì)合金半球殼垂直扣合，加壓，并限位下移0.1mm真空燒結(jié)至1380℃；4）冷卻精加工球面至直徑55mm即得硬質(zhì)合金球。 也可用焊接法制作直徑為55mm的硬質(zhì)合金球。同上，石墨實(shí)心球體嵌入兩個硬質(zhì)合金半球殼中不再二次燒結(jié)，而是用焊接方法焊在一起，制成硬質(zhì)合金球。

從上述實(shí)施例可見，本發(fā)明硬質(zhì)合金球保留了已有的整體硬質(zhì)合金球的優(yōu)良性能，其密度又可以調(diào)整，集三種球的優(yōu)勢為一體（整體硬質(zhì)合金球、陶瓷球、鋼球）。

上述實(shí)施例是對本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于上述實(shí)施例。凡基于上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。