本發(fā)明涉及制備WC-Co系硬質(zhì)合金材料的方法。
背景技術(shù)：
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—11%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。
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，細晶一側(cè)具有較高的硬度，粗晶一側(cè)具有一定的抗彎強度；在燒結(jié)時，Co相從粗晶一側(cè)遷移至細晶側(cè)，其硬度和強度還不夠。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，不僅需要較高強度、較好硬度的硬質(zhì)合金工具。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可制備硬度較大、強度較高的制備WC-Co系硬質(zhì)合金材料的方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：制備WC-Co系硬質(zhì)合金材料的方法，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）將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料；
（6）再對上述硬質(zhì)合金材料進行燒結(jié)和熱處理；
（7）將熱處理后的硬質(zhì)合金與液體混合，并加入有機粘合劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；
（8）再將漿料通過噴霧造粒機制成粉末。
作為優(yōu)選，在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。
作為優(yōu)選，熱壓燒結(jié)時，先以280—320℃的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600℃溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700℃溫度燒結(jié)20—30s。
作為優(yōu)選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。
作為優(yōu)選，固溶處理的溫度為650—700℃，時間為10—12min；冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%；時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h。
作為優(yōu)選，擠壓成型在保護氣氛中進行，壓力為1000—1200MPa。
作為優(yōu)選，球磨時間為18—22h，球料比為4.5：1。
作為優(yōu)選，所述液體采用蒸餾水或去離子水，且硬質(zhì)合金與液體的質(zhì)量比為（2.5—3）：1；所述有機粘合劑采用金屬造粒劑，其加入量為硬質(zhì)合金質(zhì)量的2—4%。
作為優(yōu)選，所述噴霧造粒機采用離心噴霧造粒機，離心噴霧造粒機的轉(zhuǎn)速為5000—8000轉(zhuǎn)/分。
作為優(yōu)選，所述噴霧造粒機干燥空氣的進口溫度為250—350℃、出口溫度為100—150℃；干燥空氣的流量為100—200 Nm 3 /h；進料速度為10—20 kg/h。
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，合金元素來不及擴散，從而細化組織，降低偏析；同時，將WC-Co合金粉進行熱壓燒結(jié)和熱處理，可獲得較高的硬度和強度的硬質(zhì)合金材料。
具體實施方式
下面將詳細說明本發(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。
制備WC-Co系硬質(zhì)合金材料的方法，其包括以下步驟：
以WC、Co粉為原料，并按Co的含量為5—10wt%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。
將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料；在擠壓過程中，模具中的金屬粉末處除受到擠壓機沖頭的正壓力外，還受到模具壁的側(cè)壓力和摩擦力的作用；隨著沖頭的移動，模具中的粉末被逐漸壓實，從而通過模具擠出。為了防止金屬氧化，擠壓成型在保護氣氛下進行，壓力采用1000—1200MPa，這樣可獲得致密度較高的的材料，且性能分布均勻，生產(chǎn)率高；接著對上述擠壓成型獲得的硬質(zhì)合金材料進行燒結(jié)，燒結(jié)分三階段進行，先以280—320℃的溫度燒結(jié)20—30s，然后以500—600℃溫度燒結(jié)40—60s，再以650—700℃溫度燒結(jié)20—30s；第一階段屬于燒結(jié)準備階段，為進一步地燒結(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)頸進一步長大，更多的顆粒得到合并，燒結(jié)體得到進一步收縮、球化，從而提高制備材料的強度和硬度。
對上述粉末冶金材料進行熱處理；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℃，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)揮強化合金的作用。
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行冷加工變形，可使合金呈現(xiàn)形變強化和時效強化的雙重效果；時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h；時效處理可析出第二相，產(chǎn)生彌散強化。熱處理后的硬質(zhì)合金與液體混合，并加入金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機制備金屬粉末。
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—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm，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；將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機采用1000MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以280℃的溫度燒結(jié)30s，然后以500℃溫度燒結(jié)60s，再以650℃溫度燒結(jié)30s；隨后以650℃固溶處理12min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%；最后以300℃時效處理3h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料；接著將硬質(zhì)合金與蒸餾水混合，且硬質(zhì)合金與蒸餾水的質(zhì)量比為2.5：1，并加入硬質(zhì)合金質(zhì)量的2%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機進行造粒，其中噴霧造粒機干燥空氣的進口溫度為250℃、出口溫度為100℃、干燥空氣的流量為100 Nm 3 /h、進料速度為10kg/h，離心噴霧造粒機的轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分，從而獲得金屬粉末。測得該材料的硬度為54.3HRC，剪切強度為627.1MPa。
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—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm，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；將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機采用1100MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以300℃的溫度燒結(jié)25s，然后以560℃溫度燒結(jié)50s，再以680℃溫度燒結(jié)25s；隨后以680℃固溶處理11min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為32%；最后以330℃時效處理2.5h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料；接著將硬質(zhì)合金與去離子水混合，且硬質(zhì)合金與去離子水的質(zhì)量比為2.8：1，并加入硬質(zhì)合金質(zhì)量的3%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機進行造粒，其中離心噴霧造粒機的轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分，噴霧造粒機干燥空氣的進口溫度為300℃、出口溫度為130℃、干燥空氣的流量為150 Nm 3 /h、進料速度為15 kg/h，從而獲得金屬粉末。測得該材料的硬度為68.2HRC，剪切強度為682.5MPa。
實施例3
將90wt %WC粉置于感應(yīng)加熱爐中，溶解后加入10wt %Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm，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；將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機采用1200MPa的壓力擠壓成型，得到硬質(zhì)合金材料，接著以320℃的溫度燒結(jié)20s，然后以600℃溫度燒結(jié)40s，再以700℃溫度燒結(jié)20s；隨后以700℃固溶處理10min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為35%；最后以350℃時效處理2h，得到WC-Co硬質(zhì)合金材料；接著將硬質(zhì)合金與去離子水混合，且硬質(zhì)合金與去離子水的質(zhì)量比為3：1，并加入硬質(zhì)合金質(zhì)量的4%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機進行造粒，其中離心噴霧造粒機的轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/分，噴霧造粒機干燥空氣的進口溫度為350℃、出口溫度為150℃、干燥空氣的流量為200 Nm 3 /h、進料速度為20 kg/h，從而獲得金屬粉末。測得該材料的硬度為64.9HRC，剪切強度為630.1MPa。
以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進行了詳細介紹，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。