本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金的制備方法，具體涉及一種復(fù)雜異型WC-Co硬質(zhì)合金的修型方法。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金是以一種或多種高硬度、高模量的難熔金屬碳化物(WC、Ti C、Cr2C3)為基體，以過(guò)渡族金屬(Fe、Co、Ni等)或其他合金為粘結(jié)相而組成的一種多相復(fù)合材料。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)材料具有陶瓷的高硬度、高耐磨性、紅硬性，又具有金屬的較高強(qiáng)度和韌性；而這種特異的“雙高”性能正是材料科研工作者所追求的目標(biāo)。
碳化鎢-鈷就是“雙高”硬質(zhì)合金或者金屬陶瓷的典范。其牌號(hào)是由YG和平均含鈷量的百分?jǐn)?shù)組成。例如，YG8，表示平均WCo＝8％，其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質(zhì)合金。由于WC-Co硬質(zhì)合金優(yōu)越的性能而被廣泛的應(yīng)用于拉絲模、切削工具、耐腐蝕零件及結(jié)構(gòu)部件，如高壓容器的柱塞及液缸、精密軋輥、合成金剛石的頂錘、鋼絲滾軋機(jī)的軋輥、裁紙刀等；油田開(kāi)鉆的噴嘴等。
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各種裝備需要形狀更復(fù)雜的零部件，生產(chǎn)批量也急劇增加。特別是隨著世界性的能源緊張，原材料匱乏，促使各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入大量人力、物力開(kāi)發(fā)研究，尋求能夠節(jié)能、節(jié)材的塑性成形新工藝新方法。目前，硬質(zhì)合金在各領(lǐng)域應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，但由于硬質(zhì)合金硬度極高，硬度僅次于金剛石，用常規(guī)的加工方法無(wú)法完成，而采用金剛石加工的方法不是工藝復(fù)雜就是成本太高，嚴(yán)重制約著其在硬質(zhì)合金在各領(lǐng)域的大批應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有復(fù)雜構(gòu)型的硬質(zhì)合金加工難度大的缺陷，本發(fā)明提供了一種復(fù)雜異型WC-Co硬質(zhì)合金的修型方法，旨在降低復(fù)雜構(gòu)型的硬質(zhì)合金的制備難度，提升制得的異形硬質(zhì)合金的加工精度。
一種復(fù)雜異型WC-Co硬質(zhì)合金的修型方法，配料后經(jīng)濕磨、干燥、摻成形劑、壓制成形、脫脂燒結(jié)、850℃-950℃下預(yù)燒結(jié)后再機(jī)械加工成所需求的形狀，隨后再進(jìn)行真空、加壓燒結(jié)而成。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)壓制成型后的產(chǎn)品在所述的溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，可使之具有一定的粘結(jié)能力，但又沒(méi)有完全合金化；然后再進(jìn)行機(jī)械加工成所需求的硬質(zhì)合金產(chǎn)品形狀，最后進(jìn)行加壓燒結(jié)成合金。本發(fā)明方法不僅能解決了硬質(zhì)合金復(fù)雜產(chǎn)品的成形難題，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品不再需后續(xù)加工，同時(shí)解決了硬質(zhì)合金生產(chǎn)變形問(wèn)題突出的一大難點(diǎn)，節(jié)約了后續(xù)加工成本。
本發(fā)明中，一種優(yōu)選的復(fù)雜異型WC-Co硬質(zhì)合金的修型方法，具體包括以下步驟：
步驟(1)脫脂燒結(jié)：
將經(jīng)配料、濕磨、噴霧干燥、壓制成型的坯體置于燒結(jié)爐中從室溫以1～3℃/min的升溫速率升至240～260℃后保溫25～35min；再以1.0～1.5℃/min的升溫速率升至370～390℃保溫70～90min；再以1～3℃/min的升溫速率升至415～435℃保溫70～90min；脫脂燒結(jié)期間以35～45L/min的流速通入H2；
步驟(2)：修型預(yù)燒結(jié)：
在步驟(1)脫脂燒結(jié)后，以1～3℃/min的升溫速率升至850℃-950℃后保溫60～120min獲得加工坯件，期間以25～35L/min的流速通入H2；
步驟(3)：將步驟(2)修型預(yù)燒結(jié)得到的加工坯件加工成所需形貌；
步驟(4)：將步驟(3)加工成的產(chǎn)品再進(jìn)行真空、加壓燒結(jié)制得復(fù)雜異型的WC-Co硬質(zhì)合金的合金產(chǎn)品。
本發(fā)明中，通過(guò)所述優(yōu)選的制備方法的特殊升溫曲線以及期間的H2流量的控制，再協(xié)同配合與步驟(2)的修型預(yù)燒結(jié)、加工，有助于制得具有復(fù)雜、異形形貌的WC-Co硬質(zhì)合金的合金產(chǎn)品。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，坯體置于燒結(jié)爐中從室溫以2℃/min的升溫速率升至250℃后保溫30min；再以1.2℃/min的升溫速率升至380℃保溫80min；再以2℃/min的升溫速率升至425℃保溫80min；脫脂燒結(jié)期間以40L/min的流速通入H2。
經(jīng)過(guò)步驟(1)的燒結(jié)后，再配合步驟(2)的預(yù)燒結(jié)，大大提升產(chǎn)品的加工性能。
作為優(yōu)選，步驟(2)中，以2℃/min的升溫速率升至870℃-910℃后保溫70～100min，期間以30L/min的流速通入H2；通過(guò)預(yù)燒結(jié)獲得加工坯件；
步驟(3)中，將步驟(2)修型預(yù)燒結(jié)得到的加工坯件在加工車間進(jìn)行車、銑、刨等加工以達(dá)到符合用戶要求的產(chǎn)品；加工的邊角料則可循環(huán)套用至濕磨工序，進(jìn)行二次濕磨重新使用。
步驟(4)中，將步驟(3)加工成型的產(chǎn)品再經(jīng)步驟(4)的燒結(jié)處理，最終制得具有復(fù)雜形貌的WC-Co硬質(zhì)合金。
本發(fā)明中，作為優(yōu)選，步驟(4)中的燒結(jié)工藝參數(shù)為：1200℃～1380℃下真空燒結(jié)30～120min；1390℃～1500℃加壓燒結(jié)40～100min，加壓燒結(jié)過(guò)程的壓力為2～3MPa。
本發(fā)明中，作為優(yōu)選，所述的WC-Co硬質(zhì)合金中，Co的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5～12％；進(jìn)一步優(yōu)選為6～10％。
例如，可采用本發(fā)明方法加工具有異形復(fù)雜形貌的牌號(hào)為YG06、YG08或YG10的硬質(zhì)合金。
本發(fā)明中，一種優(yōu)選的復(fù)雜異型WC-Co硬質(zhì)合金的修型方法，包括以下步驟：
步驟(1)脫脂燒結(jié)：
將經(jīng)配料、濕磨、噴霧干燥、壓制成型等步驟得到的混合料壓制成型的坯體；進(jìn)行脫脂燒結(jié)；燒結(jié)工藝參數(shù)為：將壓制成型的坯體置于燒結(jié)爐中從室溫以2℃/min的升溫速率升至250℃后保溫30min，再以1.2℃/min的升溫速率升至380℃保溫80min，再以2℃/min的升溫速率升至425℃保溫80min；脫脂燒結(jié)過(guò)程中通入40L/min的H2，完成脫脂燒結(jié)階段；
步驟(2)：修型預(yù)燒：
在步驟(1)脫脂燒結(jié)后，以2℃/min的升溫速率升至850℃-950℃后保溫60～120min；期間以30L/min的流速通入H2；通過(guò)預(yù)燒結(jié)從而獲得可加工的硬質(zhì)合金可加工坯件；
步驟(3)：將步驟(2)修型預(yù)燒得到的硬質(zhì)合金可加工坯件在加工車間進(jìn)行車、銑、刨等加工以達(dá)到符合用戶要求的產(chǎn)品；加工的邊角料則回收進(jìn)行二次濕磨重新使用；
步驟(4)：將步驟(3)加工成的合格品時(shí)行真空及加壓燒結(jié)而得到優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金產(chǎn)品。
有益效果
1、采用本工藝方法能解決目前硬質(zhì)合金加工難的問(wèn)題，使硬質(zhì)合金能更廣泛地應(yīng)用在各行業(yè)中，擴(kuò)大使用范圍。
2、采用本工藝方法生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品基本上不再需后續(xù)加工，即使是要求特別高精度的零件，也可經(jīng)過(guò)微量的修磨而達(dá)到，節(jié)約了后續(xù)加工成本。
3、采用本工藝方法能有效地降低生產(chǎn)成本。由于復(fù)雜件成型難度大，生產(chǎn)時(shí)模具的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)要產(chǎn)生一大批的制造費(fèi)用，而且花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)，本發(fā)明能將加工時(shí)的邊角料及加工不當(dāng)造成的廢品重新返回濕磨，進(jìn)行第二次使用，極大地降低了原料的浪費(fèi)同時(shí)節(jié)約很大的模具費(fèi)用又能縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效益。
具體實(shí)施方法：
實(shí)施例1
選用YG06牌號(hào)的復(fù)雜件進(jìn)行修型預(yù)燒結(jié)處理修型加工100件：
步驟(1)脫脂燒結(jié)：
將經(jīng)配料、濕磨、噴霧干燥、壓制成型等步驟得到的混合料壓制成型的坯體；進(jìn)行脫脂燒結(jié)；燒結(jié)工藝參數(shù)為：將壓制成型的坯體置于燒結(jié)爐中從室溫以2℃/min的升溫速率升至250℃后保溫30min；再以1.2℃/min的升溫速率升至380℃保溫80min；再以2℃/min的升溫速率升至425℃保溫80min；脫脂燒結(jié)過(guò)程中通入40L/min的H2，完成脫脂燒結(jié)階段。
步驟(2)：修型預(yù)燒：
在步驟(1)脫脂燒結(jié)后，以2℃/min的升溫速率升至870℃后保溫70min，其中，通入H2氣體的流速為30L/min。通過(guò)預(yù)燒結(jié)從而獲得可加工的硬質(zhì)合金可加工坯件。
步驟(3)：將步驟(2)修型預(yù)燒得到的硬質(zhì)合金可加工坯件在加工車間進(jìn)行車、銑、刨等加工以達(dá)到符合用戶要求的產(chǎn)品；加工的邊角料則回收進(jìn)行二次濕磨重新使用。
步驟(4)：將步驟(3)加工成的合格品時(shí)進(jìn)行真空及加壓燒結(jié)而得到優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金產(chǎn)品；燒結(jié)工藝參數(shù)為：1200℃～1380℃下真空燒結(jié)30～120min；1390℃～1500℃加壓燒結(jié)40～100min，加壓燒結(jié)過(guò)程的壓力為2～3MPa。
將通過(guò)本實(shí)施例得到的結(jié)構(gòu)復(fù)雜鎢鈷硬質(zhì)合金，其中，所述的硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為2.4μm，橫向斷裂強(qiáng)度3100Mpa，硬度90.3HRA，金相孔隙度為A02、B00、C00。產(chǎn)品性能合格；加工時(shí)稍有夾壞，共加工破損16件(易破損)；返回的邊角料易球磨成功，球磨時(shí)間4小時(shí)符合要求，便于回收使用。
實(shí)施例2
選用YG08牌號(hào)的復(fù)雜件進(jìn)行修型預(yù)燒結(jié)處理修型加工100件：
步驟(1)脫脂燒結(jié)：
將經(jīng)配料、濕磨、噴霧干燥、壓制成型等步驟得到的混合料壓制成型的坯體；進(jìn)行脫脂燒結(jié)；燒結(jié)工藝參數(shù)為：將壓制成型的坯體置于燒結(jié)爐中從室溫以2℃/min的升溫速率升至250℃后保溫30min，再以1.2℃/min的升溫速率升至380℃保溫80min，再以2℃/min的升溫速率升至425℃保溫80min；脫脂燒結(jié)過(guò)程中通入40L/min的H2，完成脫脂燒結(jié)階段。
步驟(2)：修型預(yù)燒：
在步驟(1)脫脂燒結(jié)后，以2℃/min的升溫速率升至910℃后保溫100min。min；其中，通入H2氣體的流速為30L/min。通過(guò)預(yù)燒結(jié)從而獲得可加工的硬質(zhì)合金可加工坯件。
步驟(3)：將步驟(2)修型預(yù)燒得到的硬質(zhì)合金可加工坯件在加工車間進(jìn)行車、銑、刨等加工以達(dá)到符合用戶要求的產(chǎn)品；加工的邊角料則回收進(jìn)行二次濕磨重新使用。
步驟(4)：將步驟(3)加工成的合格品時(shí)進(jìn)行真空及加壓燒結(jié)而得到優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金產(chǎn)品；燒結(jié)工藝參數(shù)為：1200℃～1380℃下真空燒結(jié)30～120min；1390℃～1500℃加壓燒結(jié)40～100min，加壓燒結(jié)過(guò)程的壓力為2～3MPa。
將通過(guò)本實(shí)施例得到的結(jié)構(gòu)復(fù)雜鎢鈷硬質(zhì)合金，其中，所述的硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為2.8μm，橫向斷裂強(qiáng)度3150Mpa，硬度90.0HRA，金相孔隙度為A02、B00、C00。產(chǎn)品性能合格；加工時(shí)難損壞，方便加工，破損2件；返回的邊角料易球磨成功，球磨時(shí)間6小時(shí)符合要求，便于回收使用。
實(shí)施例3
選用YG10牌號(hào)的復(fù)雜件進(jìn)行修型預(yù)燒結(jié)處理修型加工100件：
步驟(1)脫脂燒結(jié)：
將經(jīng)配料、濕磨、噴霧干燥、壓制成型等步驟得到的混合料壓制成型的坯體；進(jìn)行脫脂燒結(jié)；燒結(jié)工藝參數(shù)為：將壓制成型的坯體置于燒結(jié)爐中從室溫以2℃/min的升溫速率升至250℃后保溫30min，再以1.2℃/min的升溫速率升至380℃保溫80min，再以2℃/min的升溫速率升至425℃保溫80min；脫脂燒結(jié)過(guò)程中通入40L/min的H2，完成脫脂燒結(jié)階段。
步驟(2)：修型預(yù)燒：
在步驟(1)脫脂燒結(jié)后，以2℃/min的升溫速率升至950℃后保溫120min。min；其中，通入H2氣體的流速為30L/min。通過(guò)預(yù)燒結(jié)從而獲得可加工的硬質(zhì)合金可加工坯件。
步驟(3)：將步驟(2)修型預(yù)燒得到的硬質(zhì)合金可加工坯件在加工車間進(jìn)行車、銑、刨等加工以達(dá)到符合用戶要求的產(chǎn)品；加工的邊角料則回收進(jìn)行二次濕磨重新使用。
步驟(4)：將步驟(3)加工成的合格品時(shí)進(jìn)行真空及加壓燒結(jié)而得到優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金產(chǎn)品；燒結(jié)工藝參數(shù)為：1200℃～1380℃下真空燒結(jié)30～120min；1390℃～1500℃加壓燒結(jié)40～100min，加壓燒結(jié)過(guò)程的壓力為2～3MPa。
將通過(guò)本實(shí)施例得到的結(jié)構(gòu)復(fù)雜鎢鈷硬質(zhì)合金，其中，所述的硬質(zhì)合金的WC平均晶粒度為2.2μm，橫向斷裂強(qiáng)度3150Mpa，硬度88.4HRA，金相孔隙度為A02、B00、C00。產(chǎn)品性能合格；加工時(shí)難損壞，方便加工，無(wú)破損件；返回的邊角料較難球磨成功，球磨時(shí)間18小時(shí)符合要求，稍維于回收使用。