專利名稱：Yt15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝。
背景技術(shù)：
材料的使用性能受材料本體和表面性質(zhì)的影響，而材料本體和表面性質(zhì)又受到 材料化學(xué)成分和微觀組織的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，材料的微觀組織，尤其是表面的微觀 組織，對(duì)其使用性能有著更為重要和直接的影響。 滲氮燒結(jié)可以改變含Ti硬質(zhì)合金 表面的微觀組織。Hashe N. G等人分別研究了滲氮燒結(jié)對(duì)WC-VC-Co合金(Hashe N. G, Norgren S, Andren H. —O, Neethling J. H, Berndt P. R. Int JRefract Met Hard Mat\J\, 2009, 27 (1) 20)禾口 WC-VC-TiC-Co 合金(Hashe N. G, Neethling J. H, Andren H. —O, Norgren S, Berndt P. R. Int J Refract Met Hard Mat\l\ 2008, 26 (5): 404)表面微觀組織的影響，結(jié)果顯 示，對(duì)于WC-VC-Co合金，滲氮燒結(jié)形成了(W, V) (C, N)，此碳氮化物分為兩相一相 富含V元素，另一相缺乏V元素；滲氮燒結(jié)使合金表面形成了一個(gè)大約50 ym的梯度 層，此區(qū)域只含有WC相和粘結(jié)相，不含立方相，并且此區(qū)域的WC晶粒明顯細(xì)化。對(duì) 于WC-VC-TiC-Co合金，滲氮燒結(jié)形成了(Ti, V, W) (C, N)，此碳氮化物也分為兩相 一相富含Ti元素，另一相富含W和V元素；滲氮燒結(jié)使合金表面形成了一個(gè)大約6 μιη 的梯度層，此區(qū)域只含(Ti, V, W) (C, N)立方相和粘結(jié)相，不含WC相。Barbatti C.F等 人研究了滲氮對(duì)(W, Ti) C- (Ta, Nb) C-Co/Ni合金表面微觀組織和性能的影響(Barbatti C, Garcia J, Sket F, Kostka A, Pyzalla A. R. SurfCoat Technol\l\ 2008, 202 (24) 5962, Barbatti C, Sket F, Garcia J, Pyzalla A. R. SurfCoat Technol\l\ 2006, 201 (6) 3314)，研究表明，滲 氮可以改變合金表面的微觀組織，使Ti、Ta和Nb元素向表面遷移，由于Ti元素與N元 素的結(jié)合力較強(qiáng)，Ti元素優(yōu)先向表面遷移，而W元素與N元素的結(jié)合力較弱沒(méi)有發(fā)生遷 移。YT15是一種通用合金牌號(hào)，紅硬性、耐磨性好，但強(qiáng)度較差。YT15主要用于 加工各種鋼材，既可用于斷續(xù)切削又可用于連續(xù)切削，既適用于半精加工又適用于精加 工，它在鋼材加工刀具中占主導(dǎo)地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，YT15合金占全國(guó)YT類合金總消 耗量的近50%，所以提高YT15合金質(zhì)量具有十分重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用Ti元素和N元素之間較強(qiáng)的結(jié)合力，通過(guò)改變燒 結(jié)氣氛來(lái)改變合金表面的微觀組織，以達(dá)到提高YT15合金綜合性能的目的的YT15硬質(zhì) 合金滲氮燒結(jié)工藝。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝，其 要點(diǎn)在于包括以下步驟
(1)選材，選用由粉末冶金制備的牌號(hào)為YT15硬質(zhì)合金樣品；
(2)脫膠，將步驟(1)所選的YT15硬質(zhì)合金樣品放入真空脫脂燒結(jié)一體爐中，采用機(jī)械泵將爐內(nèi)真空抽至絕對(duì)壓強(qiáng)IOOPa后，打開(kāi)施片真空泵繼續(xù)抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng) IOPa以下，再升溫至250士5°C保溫120 180分鐘，升溫速度為10 30°C /分鐘，最后 再升溫至350 390°C保溫240 900分鐘，升溫速度為8 20°C /分鐘，完成脫膠；
(3)滲氮燒結(jié)，脫膠完成后，將真空脫脂燒結(jié)一體爐抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng)為10Pa以 下，升溫至1200 1270°C保溫120 240分鐘，然后通入高純度氮?dú)?，該氮?dú)獾募兌却?于等于99.999%，再將真空脫脂燒結(jié)一體爐加熱至1450士5°C，并在溫度1450士5°C之間 保溫80 100分鐘，然后降溫至1200士5°C并保溫150 210分鐘，滲氮燒結(jié)后的YT15 硬質(zhì)合金隨爐冷卻至室溫；
(4)出爐，將滲氮燒結(jié)后的YT15硬質(zhì)合金取出。 作為優(yōu)選所述步驟(3)滲氮燒結(jié)中溫度從500°C上升至燒結(jié)溫度1450士5°C 的時(shí)間為350分鐘，并該升溫過(guò)程分為三個(gè)階段，第一階段溫度從500°C上升至1210°C， 時(shí)間為110分鐘，第二階段在溫度1210°C保溫130分鐘，第三階段溫度從1210°C上升至 1450°C,時(shí)間為110分鐘。本發(fā)明在滲氮燒結(jié)過(guò)程中，Ti元素與N元素之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的結(jié)合趨勢(shì)，在氮 氣氛下燒結(jié)YT15硬質(zhì)合金時(shí)，樣品含有Ti元素而不含N元素，爐內(nèi)的燒結(jié)氣氛則含有 N元素而不含Ti元素，這就造成了兩種元素之間濃度的梯度差，二者之間強(qiáng)烈的結(jié)合力 會(huì)促使靠近合金表面區(qū)域的Ti元素向表面遷移；同時(shí)，爐內(nèi)的N元素與合金表面的Ti元 素反應(yīng)生成Ti(C, N)并向合金內(nèi)部遷移，從而在合金表面形成一個(gè)梯度層。Ti元素向表 面遷移會(huì)留下空位，此空位必須由其它元素來(lái)填充。由于硬質(zhì)合金的燒結(jié)為液相燒結(jié)， 在燒結(jié)溫度下，Co相為液相，流動(dòng)性最好，所以會(huì)造成Co元素向合金內(nèi)部定向遷移以 填充Ti元素遷移所造成的空位，形成Co元素的濃度梯度。過(guò)渡區(qū)域的Co含量高而Ti 含量低，此特點(diǎn)有利于WC晶粒通過(guò)溶解-析出過(guò)程長(zhǎng)大，造成過(guò)渡區(qū)域含有大量粗大的 WC晶粒。而W元素與N元素之間的結(jié)合力較弱，所以W元素的濃度變化不明顯。由 于表面區(qū)域的Ti含量高而Co含量低，并生成了大量的Ti(C, N)相，不利于表面區(qū)域的 WC晶粒長(zhǎng)大，(W, Ti) C固溶體的含量相對(duì)較少，從而使得合金內(nèi)部的微觀組織幾乎沒(méi)有 受到滲氮燒結(jié)的影響。有益效果本發(fā)明合理選擇參數(shù)對(duì)YT15硬質(zhì)合金進(jìn)行滲氮燒結(jié)，改變了 YT15 硬質(zhì)合金表面的微觀組織，發(fā)生了 Ti元素向外和Co元素向內(nèi)的定向遷移，形成了一個(gè)富 含Ti (C, N)相的表面梯度層，從而提高了 YT15硬質(zhì)合金的各項(xiàng)性能；進(jìn)一步驗(yàn)證了合金 表面微觀組織發(fā)生改變、形成梯度層的根本原因是Ti元素和N元素之間存在較強(qiáng)的結(jié)合 力這一結(jié)論。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖2為本發(fā)明中步驟(3)中YT15硬質(zhì)合金的滲氮燒結(jié)工藝過(guò)程圖； 圖3為本發(fā)明YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)后表面區(qū)域的微觀組織圖a ； 圖4為圖3的進(jìn)一步放大圖b;
圖5為本發(fā)明YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)后表面區(qū)域的線掃描分析圖； 圖6為本發(fā)明YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)后的XRD衍射圖a ；圖7為本發(fā)明YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)后的XRD衍射圖b ； 圖8為本發(fā)明的熱力學(xué)分析圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1:
請(qǐng)參見(jiàn)圖1和圖2:所示的YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝，其特征在于包括以下步
驟
(1)選材，選用由粉末冶金工藝制備的牌號(hào)為YT15硬質(zhì)合金樣品，并該YT15硬 質(zhì)合金樣品中所用粉末粒徑和碳含量如下
Materials|WC (W, Ti) C |Co _
FSSS/μ m ~2^0~2.36 1.18 CContent /wt% 丨5.96丨9.80 |o.QllQ~
(2)脫膠，將步驟(1)所選的YT15硬質(zhì)合金樣品放入真空脫脂燒結(jié)一體爐中， 采用機(jī)械泵將爐內(nèi)真空抽至絕對(duì)壓強(qiáng)IOOPa后，打開(kāi)施片真空泵繼續(xù)抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng) IOPa以下，再升溫至245°C保溫120分鐘，升溫速度為10°C /分鐘，最后再升溫至350°C 保溫240分鐘，升溫速度為8°C/分鐘，完成脫膠；
(3)滲氮燒結(jié)，脫膠完成后，將真空脫脂燒結(jié)一體爐抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng)為IOPa 以下，升溫至1200°C保溫120分鐘，然后通入高純度氮?dú)?，該氮?dú)獾募兌却笥诘扔?99.999%，再將真空脫脂燒結(jié)一體爐加熱至1445°C，并在溫度1445°C之間保溫80分鐘， 然后降溫至1195°C并保溫150分鐘，滲氮燒結(jié)后的YT15硬質(zhì)合金隨爐冷卻至室溫；
(4)出爐，將滲氮燒結(jié)后的YT15硬質(zhì)合金取出。請(qǐng)參見(jiàn)圖2:所述步驟(4)滲氮燒結(jié)中溫度從500°C上升至燒結(jié)溫度1445°C的 時(shí)間為350分鐘，并該升溫過(guò)程分為三個(gè)階段，第一階段溫度從500°C上升至1210°C， 時(shí)間為110分鐘，第二階段在溫度1210°C保溫130分鐘，第三階段溫度從1210°C上升至 1445°C,時(shí)間為110分鐘。實(shí)施例2:
請(qǐng)參見(jiàn)圖1和圖2:所示的YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝，其特征在于包括以下步
驟
(1)選材，選用由粉末冶金工藝制備的牌號(hào)為YT15硬質(zhì)合金樣品，并該YT15硬 質(zhì)合金樣品中所用粉末粒徑和碳含量如下
Materials|WC (W, Ti) C |Co _
FSSS/μ m ~2^0~2.36 1.18 CContent /wt% 丨5.96丨9.80 |o.QllQ~
(2)脫膠，將步驟(1)所選的YT15硬質(zhì)合金樣品放入真空脫脂燒結(jié)一體爐中， 采用機(jī)械泵將爐內(nèi)真空抽至絕對(duì)壓強(qiáng)IOOPa后，打開(kāi)施片真空泵繼續(xù)抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng) IOPa以下，再升溫至250°C保溫150分鐘，升溫速度為20°C /分鐘，最后再升溫至370°C 保溫600分鐘，升溫速度為14°C/分鐘，完成脫膠；
(3)滲氮燒結(jié)，脫膠完成后，將真空脫脂燒結(jié)一體爐抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng)為IOPa 以下，升溫至1235°C保溫180分鐘，然后通入高純度氮?dú)?，該氮?dú)獾募兌却笥诘扔?99.999%，再將真空脫脂燒結(jié)一體爐加熱至1450°C，并在溫度1450°C之間保溫90分鐘，然后降溫至1200°C并保溫180分鐘，滲氮燒結(jié)后的YT15硬質(zhì)合金隨爐冷卻至室溫； (4)出爐，將滲氮燒結(jié)后的YT15硬質(zhì)合金取出。請(qǐng)參見(jiàn)圖2:所述步驟(4)滲氮燒結(jié)中溫度從500°C上升至燒結(jié)溫度1450°C的 時(shí)間為350分鐘，并該升溫過(guò)程分為三個(gè)階段，第一階段溫度從500°C上升至1210°C， 時(shí)間為110分鐘，第二階段在溫度1210°C保溫130分鐘，第三階段溫度從1210°C上升至 1450°C,時(shí)間為110分鐘。實(shí)施例3:
請(qǐng)參見(jiàn)圖1和圖2:所示的YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝，其特征在于包括以下步
驟
(1)選材，選用由粉末冶金工藝制備的牌號(hào)為YT15硬質(zhì)合金樣品，并該YT15硬 質(zhì)合金樣品中所用粉末粒徑和碳含量如下
權(quán)利要求
1.一種YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝，其特征在于包括以下步驟(1)選材，選用由粉末冶金制備的牌號(hào)為YT15硬質(zhì)合金樣品；(2)脫膠，將步驟(1)所選的YT15硬質(zhì)合金樣品放入真空脫脂燒結(jié)一體爐中， 采用機(jī)械泵將爐內(nèi)真空抽至絕對(duì)壓強(qiáng)IOOPa后，打開(kāi)施片真空泵繼續(xù)抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng) IOPa以下，再升溫至250士5°C保溫120 180分鐘，升溫速度為10 30°C /分鐘，最后 再升溫至350 390°C保溫240 900分鐘，升溫速度為8 20°C /分鐘，完成脫膠；(3)滲氮燒結(jié)，脫膠完成后，將真空脫脂燒結(jié)一體爐抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng)為10Pa以 下，升溫至1200 1270°C保溫120 240分鐘，然后通入高純度氮?dú)?，該氮?dú)獾募兌却?于等于99.999%，再將真空脫脂燒結(jié)一體爐加熱至1450士5°C，并在溫度1450士5°C之間 保溫80 100分鐘，然后降溫至1200士5°C并保溫150 210分鐘，滲氮燒結(jié)后的YT15 硬質(zhì)合金隨爐冷卻至室溫；(4)出爐，將滲氮燒結(jié)后的YT15硬質(zhì)合金取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝，其特征在于所述步驟 (3)滲氮燒結(jié)中溫度從500°C上升至燒結(jié)溫度1450士5°C的時(shí)間為350分鐘，并該升溫過(guò)程分為三個(gè)階段，第一階段溫度從50(TC上升至1210°C，時(shí)間為110分鐘，第二階段在溫 度1210°C保溫130分鐘，第三階段溫度從1210°C上升至1450°C，時(shí)間為110分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種YT15硬質(zhì)合金滲氮燒結(jié)工藝，其要點(diǎn)在于包括以下步驟選材，選用由粉末冶金工藝制備的牌號(hào)為YT15硬質(zhì)合金樣品；脫膠，將所選的YT15硬質(zhì)合金樣品放入真空脫脂燒結(jié)一體爐中進(jìn)行脫膠，脫膠完成后，將真空脫脂燒結(jié)一體爐抽真空至絕對(duì)壓強(qiáng)為10Pa，然后通入高純度氮?dú)?，該氮?dú)獾募兌却笥诘扔?9.999%，再將真空脫脂燒結(jié)一體爐加熱至1450±5℃，并在溫度1450±5℃之間保溫80～100分鐘，然后在溫度1200±5℃之間保溫150～210分鐘，然后隨爐冷卻至室溫后出爐；本發(fā)明合理選擇參數(shù)對(duì)YT15硬質(zhì)合金進(jìn)行滲氮燒結(jié)，提高了YT15硬質(zhì)合金的各項(xiàng)性能。
文檔編號(hào)C22C29/04GK102011041SQ201010604538
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者姜愛(ài)民, 蔣顯全, 鐘秋鑫, 陳巧旺 申請(qǐng)人:重慶市科學(xué)技術(shù)研究院