專利名稱：一種亞微細(xì)硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金及其制備方法，尤其是一種晶粒度在0. 7 0. 9 μ m范 圍，具有優(yōu)良耐磨性、韌性及高抗彎強(qiáng)度，適用于鉆、鉸切削加工用高性能亞微細(xì)硬質(zhì)合金 及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代切削加工技術(shù)要求切削刀具高效率、高耐用度、高可靠性。硬質(zhì)合金以其高硬 度和高強(qiáng)度在切削工具領(lǐng)域有著廣泛的用途，隨著亞微細(xì)、超細(xì)硬質(zhì)合金的出現(xiàn)，其較普通 硬質(zhì)合金獨(dú)有的“雙高”特性，使其在切削領(lǐng)域得到廣泛工業(yè)化應(yīng)用。亞微細(xì)、超細(xì)硬質(zhì)合 金依Co含量的不同及晶粒度的不同，具有不同的材質(zhì)特性，可適合應(yīng)用于不同切削加工對(duì) 象領(lǐng)域，在相同Co含量的情況下，合金晶粒度越細(xì)，合金硬度、抗彎強(qiáng)度越高，但斷裂韌性 (KiC)、熱導(dǎo)率變差。因此，在設(shè)計(jì)牌號(hào)時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同切削加工領(lǐng)域，根據(jù)其對(duì)刀具材料的 不同要求進(jìn)行綜合權(quán)衡和取舍。在切削加工鑄鐵、鋁合金、有色金屬，及鋼件的鉆削領(lǐng)域，現(xiàn)代切削加工技術(shù)要求 刀具材料在保證足夠韌性的基礎(chǔ)上，耐磨性要好。目前YG8、YG6X、YL10. 2等類似牌號(hào)得到 大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，其中YG8屬含鈷8 %中顆粒WC牌號(hào)，YG6X屬含鈷6 %細(xì)顆粒WC添加少 量抑制劑TaC的牌號(hào)，YL10. 2屬含鈷10%亞微細(xì)WC添加少量Cr3C2的牌號(hào)。以上牌號(hào)硬度 均不超過HV31650，其耐磨性無法滿足現(xiàn)代切削加工技術(shù)要求。中國專利申請(qǐng)“一種超細(xì)晶WC-Co硬質(zhì)合金制備方法(200710120263. 6)，，中提及 的超細(xì)晶WC-Co硬質(zhì)合金制備方法，由于其采用的超高壓燒結(jié)方法，且燒結(jié)時(shí)間僅60-120 秒，使得WC晶粒晶形生長(zhǎng)不完整、不利于WC晶粒內(nèi)部缺陷消除；采用六面頂超高壓燒結(jié)設(shè) 備，難于制造復(fù)雜或特定形狀的硬質(zhì)合金產(chǎn)品，且單批產(chǎn)量低、不能適應(yīng)多型號(hào)、高效率、大 規(guī)模的現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)，且至今未見工業(yè)化應(yīng)用報(bào)道。中國專利申請(qǐng)“超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金材料(200410045029. 8)，，中提及的超細(xì)晶粒硬 質(zhì)合金材料，在切削加工鑄鐵、鋁合金、有色金屬，尤其是鋼件的鉆削領(lǐng)域，由于該硬質(zhì)合金 材料晶粒度(0. 5μπι)過細(xì)，雖然硬度能滿足要求，但其斷裂韌性(Kic)不足，使用過程中易 導(dǎo)致刀具崩刀折損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種亞微細(xì)硬質(zhì)合金及其制備方法，使得亞微細(xì)硬質(zhì)合金中 WC平均晶粒度達(dá)到(0. 7 0. 9) μ m，且硬度為HV31730 1860，抗彎強(qiáng)度不小于4000N/mm2。 應(yīng)用該亞微細(xì)硬質(zhì)合金制作的刀具在耐磨性增加的同時(shí)也可保證足夠的強(qiáng)度和韌性，在切 削加工鑄鐵、鋁合金、有色金屬，及鋼件的鉆削領(lǐng)域，滿足現(xiàn)代切削加工技術(shù)對(duì)刀具高效率、 高耐用度的要求，且能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的亞微細(xì)硬質(zhì)合金，該合金的成分及重量百分比為Co (7 9) %，
Cr3C2 (0· 2 0· 5) %，VC (0. 1 0. 4) %，WC 余量，且費(fèi)氏粒度為0. 7 0. 9 μ m。所述的亞微細(xì)硬質(zhì)合金的制備方法，包括配料、濕磨、干燥、成型和燒結(jié)配料采 用重量百分比為(7 9) %的Co粉、(0. 2 0. 5) %的Cr3C2粉、(0. 1 0. 4) %的VC粉， 余量為費(fèi)氏粒度0. 7 0. 9μπι的WC粉；將上述原料粉末在球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行濕磨，球料比 為(4. 5-6) 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30-40轉(zhuǎn)/min，研磨時(shí)間28 45小時(shí)；混合料干燥后經(jīng) 成型工序制備成毛坯，再采用1400-1450°C低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為58-lOObar，保溫時(shí)間為 30_60mino所述濕磨介質(zhì)為乙醇、丙酮或己烷，成型劑為聚乙二醇或石蠟。本發(fā)明由于選用適量的Cr3C2、VC作晶粒抑制劑，采用合適的濕磨介質(zhì)與球料比、 球磨機(jī)轉(zhuǎn)速、研磨時(shí)間等工藝參數(shù)，以及合適的低壓燒結(jié)工藝參數(shù)，可使得WC晶粒不長(zhǎng) 大，平均晶粒度保持(0.7 0.9) μ m，且WC晶粒生長(zhǎng)完整而缺陷少，合金密度可以達(dá)到 理論密度，其硬度達(dá)到HV3 1730 1860，提高了其耐磨性，硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度> 4000N/ mm2 ( Φ 3. 25*38. 5mm標(biāo)準(zhǔn)試樣)，且大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的硬質(zhì)合金，其WC晶粒也不長(zhǎng)大，WC 平均晶粒度依然維持(0. 7 0. 9) μ m這一亞微細(xì)粒度指標(biāo)，且其硬度HV3 > 1730，抗彎強(qiáng)度 ^ 4000N/mm2。使用本發(fā)明的亞微細(xì)硬質(zhì)合金制作的刀具，具有高的耐磨性和較高的韌性， 在切削加工鑄鐵、鋁合金、有色金屬，及鋼件的鉆削領(lǐng)域具有很高的切削效率和使用壽命， 能夠滿足現(xiàn)代切削加工技術(shù)對(duì)刀具高效率、高耐用度的要求。


圖1是本發(fā)明的亞微細(xì)硬質(zhì)合金的掃描電鏡照片(X5000)；圖2是本發(fā)明的亞微細(xì)硬質(zhì)合金與國內(nèi)外常用牌號(hào)硬質(zhì)合金制作的麻花鉆在鉆 削鑄鐵時(shí)鉆削長(zhǎng)度比較示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 配料時(shí)，原料粉末組成為——8襯％的&)粉(費(fèi)氏粒度Ι.Ομπι)、 0. 4wt%的Cr3C2粉、0. 25wt%的VC粉，余量為0. 8 μ m的WC粉。乙醇作為研磨介質(zhì)，聚乙二 醇作為成型劑，采用5 1的球料比，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為36轉(zhuǎn)/min，研磨30h，噴霧干燥制得混 合料，成型后采用1410°C低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為75bar，保溫時(shí)間為56min，制得的亞微細(xì)硬 質(zhì)合金，其金相如圖1所示(以下實(shí)施例同)，晶粒度為0. 8 μ m，WC晶粒生長(zhǎng)完整而缺陷少， 且其HV3為1780，Φ 3. 25*38. 5mm標(biāo)準(zhǔn)試樣(以下實(shí)施例同)抗彎強(qiáng)度為4320N/mm2。實(shí)施例2 配料時(shí)，原料粉末組成為——7. 2襯％的0)粉(費(fèi)氏粒度1.5μπι)、 0. 5wt %的Cr3C2粉、0. 4wt %的VC粉，余量為0. 7 μ m的WC粉。丙酮作為研磨介質(zhì)，石蠟作 為成型劑，采用6 1的球料比，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/min，研磨45h，噴霧干燥制得混合料， 成型后采用1400°C低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為lOObar，保溫時(shí)間為30min，制得的亞微細(xì)硬質(zhì)合 金，晶粒度為0. 7 μ m，WC晶粒生長(zhǎng)完整而缺陷少，且其HV3為1860，抗彎強(qiáng)度為4130N/mm2。實(shí)施例3 配料時(shí)，原料粉末組成為——8.8襯％的0)粉(費(fèi)氏粒度1.3μπι)、 0. 25wt %的Cr3C2粉、0. 15wt %的VC粉，余量為0. 9 μ m的WC粉。己烷作為研磨介質(zhì)，石蠟作為成型劑，采用4.5 1的球料比，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/min，研磨28h，噴霧干燥制得混 合料，成型后采用1450°C低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為58bar，保溫時(shí)間為50min，制得的亞微細(xì)硬 質(zhì)合金，晶粒度為0. 9 μ m，WC晶粒生長(zhǎng)完整而缺陷少，且其HV3為1740，抗彎強(qiáng)度為4650N/ mm2。實(shí)施例4 配料時(shí)，原料粉末組成為——8. Iwt %的Co粉(費(fèi)氏粒度1. 3 μ m)、 0. 3wt %的Cr3C2粉、0. 25wt %的VC粉，余量為0. 8 μ m的WC粉。乙醇作為研磨介質(zhì)，聚乙二 醇作為成型劑，采用5 1的球料比，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為34轉(zhuǎn)/min，研磨32h，噴霧干燥制得混 合料，成型后采用1430°C低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為90bar，保溫時(shí)間為40min，制得的亞微細(xì)硬 質(zhì)合金，晶粒度為0. 8 μ m，WC晶粒生長(zhǎng)完整而缺陷少，且其HV3為1770，抗彎強(qiáng)度為4710N/ mm2。實(shí)施例5 配料時(shí)，原料粉末組成為——8. Iwt %的Co粉(費(fèi)氏粒度1.3μπι)、 0. 3wt %的Cr3C2粉、0. 25wt %的VC粉，余量為0. 8 μ m的WC粉。乙醇作為研磨介質(zhì)，聚乙二 醇作為成型劑，采用5 1的球料比，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為38轉(zhuǎn)/min，研磨32h，噴霧干燥制得混 合料，成型后采用1440°C低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為80bar，保溫時(shí)間為60min，制得的亞微細(xì)硬 質(zhì)合金，晶粒度為0. 8 μ m，WC晶粒生長(zhǎng)完整而缺陷少，且其HV3為1740，抗彎強(qiáng)度為4570N/ mm2 ο將本發(fā)明的亞微細(xì)硬質(zhì)合金，以及國內(nèi)外常用牌號(hào)硬質(zhì)合金制作的麻花鉆，在相 同切削速度、進(jìn)給量和孔深下，各自在鉆削灰口鑄鐵時(shí)的鉆削長(zhǎng)度如圖2所示。由圖2知， 本發(fā)明的亞微細(xì)硬質(zhì)合金的鉆削長(zhǎng)度大大超過其他牌號(hào)，滿足了現(xiàn)代切削加工技術(shù)對(duì)刀具 高效率、高耐用度的要求。
權(quán)利要求
一種亞微細(xì)硬質(zhì)合金，其特征在于該合金的成分及重量百分比為Co(7～9)％，Cr3C2(0.2～0.5)％，VC(0.1～0.4)％，WC余量，且費(fèi)氏粒度為0.7～0.9μm。
2.一種如權(quán)利要求1所述亞微細(xì)硬質(zhì)合金的制備方法，包括配料、濕磨、干燥、成型 和燒結(jié)，其特征在于配料采用重量百分比為(7 9)%的Co粉、(0.2 0.5)%的Cr3C2 粉、(0. 1 0.4) %的VC粉，余量為費(fèi)氏粒度0.7 0.9μπι的WC粉；將上述原料粉末在 球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行濕磨，球料比為(4. 5-6) 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30-40轉(zhuǎn)/min，研磨時(shí)間28 45小時(shí)；混合料干燥后經(jīng)成型工序制備成毛坯，再采用1400-145(TC低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為 58-100bar，保溫時(shí)間為 30_60min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的亞微細(xì)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于所述濕磨介質(zhì)為 乙醇、丙酮或己烷，所述成型劑為聚乙二醇或石蠟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種亞微細(xì)硬質(zhì)合金及其制備方法，該合金組成為(7～9)wt％的Co、(0.2～0.5)wt％的Cr3C2、(0.1～0.4)wt％的VC，余量為0.7～0.9μm的WC；其制備包括配料、濕磨、干燥、成型和燒結(jié)，濕磨球料比為(4.5-6)1，濕磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30-40轉(zhuǎn)/min，研磨時(shí)間28～45小時(shí)；混合料干燥，成型毛坯采用1400-1450℃低壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為58-100bar，保溫時(shí)間為30-60min；合金中WC晶粒度為0.7～0.9μm，硬度為HV31730～1860，抗彎強(qiáng)度不小于4000N/mm2；該合金制作的刀具在耐磨性增加的同時(shí)也可保證足夠的強(qiáng)度和韌性，在切削加工鑄鐵、鋁合金、有色金屬，及鋼件的鉆削領(lǐng)域，滿足刀具高效率、高耐用度的要求，且能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C29/08GK101812621SQ20101015274
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者屈廣林, 徐濤, 龍寧華 申請(qǐng)人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司