專利名稱:具有纖維狀wc晶體的鎢鈷硬質(zhì)合金的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
粉末冶金。
背景技術(shù)：
鎢鈷硬質(zhì)合金(YG合金)是一類在機械加工領(lǐng)域中應(yīng)用范圍極為廣泛的工具材料。為了提高其使用壽命，在提高其高硬度的前提下，必須提高合金斷裂韌性，從而進一步提高合金強度。然而，YG硬質(zhì)合金是一類準(zhǔn)脆性固體，硬度的提高必然造成斷裂韌性的降低。納米硬質(zhì)合金的設(shè)計概念有望為協(xié)調(diào)這一矛盾創(chuàng)造條件。目前，納米硬質(zhì)合金用WC-Co復(fù)合粉末的制造技術(shù)已實現(xiàn)了規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。但由于納米粉末具有異常高的燒結(jié)活性，導(dǎo)致在燒結(jié)過程中WC晶粒急劇長大，成為獲得WC晶粒小于100納米的燒結(jié)合金的主要技術(shù)障礙，造成工業(yè)化生產(chǎn)的YG合金中WC晶粒最細為250納米。盡管具有這一結(jié)構(gòu)的YG合金的硬度和強度較傳統(tǒng)微米晶YG合金有一定程度的提高，但還遠沒有達到人們預(yù)計的強韌化效果。

發(fā)明內(nèi)容針對傳統(tǒng)粉末冶金工藝難以制得真正意義上的納米晶YG合金，而無法實現(xiàn)YG合金硬度和韌性同步提高這一現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種具有纖維狀WC晶體的YG合金的制造方法，利用該方法制得的YG合金，可實現(xiàn)對YG合金強韌化，同時提高YG合金的硬度、強度和韌性，為大幅度提高YG合金的綜合力學(xué)性能創(chuàng)造條件。
本發(fā)明基于脆性材料斷裂特性、韌化機理和YG合金在燒結(jié)過程中晶粒長大的本質(zhì)，利用原子在燒結(jié)過程中遷移機理抑制WC晶粒三維均勻長大而誘導(dǎo)其在特定的晶面上生長而形成纖維WC晶粒或WC晶須，解決納米WC晶粒的三維粗化問題，發(fā)揮WC纖維的增強與增韌效果，制造出高性能的YG合金。
具有纖維狀WC晶體的YG合金的制造方法，采用納米晶的W(Co，C)超飽和固溶體粉末為原料，通過對相變過程的控制，原位生成纖維狀WC晶體或WC晶須，達到纖維增強和增韌的效果。其具體方法如下根據(jù)合金成份，將工業(yè)用中顆粒鎢粉，鈷粉和炭黑按合金成份配料，在高能球磨機中球磨，球料比為15-30∶1，硬質(zhì)合金球尺寸為5-10毫米，球磨機轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，球磨時間30-50h，得到W(Co，C)超飽和固溶體粉末，其中W晶粒平均尺寸為8-10納米；在粉末中添加1.5-2％石蠟作成形劑，在147-196Mpa的壓力下成形，得到粉末壓坯；粉末壓坯在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1250-1400℃，燒結(jié)時間為30-60分鐘。在燒結(jié)過程中，WC纖維或晶須的原位形成機理如下當(dāng)燒結(jié)溫度達到700℃以上時，發(fā)生下述反應(yīng)W(Co，C)→WC+Co反應(yīng)剛發(fā)生時，WC晶粒為納米晶體，其晶粒尺寸約8納米。這些納米WC晶核彌散分布在復(fù)合粉末顆粒內(nèi)。隨著反應(yīng)的繼續(xù)進行，超飽和固溶體中的W，C原子以這些業(yè)已存在的WC晶粒為核心發(fā)生晶粒生長。隨著WC晶體的長大，當(dāng)相鄰的納米級的WC晶核之間的距離縮短到一定程度時，由于形成納米晶WC晶界導(dǎo)致體系能量升高，為了降低系統(tǒng)能量，球形納米WC晶體發(fā)生小角度旋轉(zhuǎn)，使兩者間的取向一致，即發(fā)生球形納米WC晶體的聚合，轉(zhuǎn)變成同一取向的球形納米WC晶體串，球形納米WC晶體之間形成燒結(jié)頸。隨著反應(yīng)的進行，W，C原于在燒結(jié)頸部表面優(yōu)先沉積，并發(fā)生平直化，即形成WC纖維狀晶體或WC晶須。
本發(fā)明采用納米晶W(Co，C)超飽和固溶體為原料，通過對相變過程的控制，導(dǎo)致納米晶WC晶粒發(fā)生一維優(yōu)先長大，形成WC纖維狀晶體或WC晶須，抑制了納米WC晶粒的三維粗化；YG合金中生成的WC纖維狀晶體或WC晶須可以發(fā)揮纖維或晶須對合金的強化和韌化(即阻止裂紋的擴展)，YG合金的綜合力學(xué)性能可望得到大幅度改善。
具體實施方式以YG10合金為例將1.69Kg的中顆粒鎢粉、0.11Kg的工業(yè)碳黑和0.2Kg的鈷粉裝入高能球磨機中，以直徑為5毫米的YG8硬質(zhì)合金球為研磨體，球料比為30∶1，球磨機轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，球磨35-40小時后，向球磨機中加入4升溶劑汽油，隨后卸料。料液澄清后抽去絕大部分溶劑汽油，并向殘存的料液中加入含30克石蠟的溶劑汽油，攪拌均勻。干燥后制粒，在200MPa的壓力下成形。坯件在真空中燒結(jié)，在室溫至950℃之間的升溫速度為2℃/分，燒結(jié)溫度為1400℃，燒結(jié)時間為45分鐘。得到含WC纖維狀晶體或晶須的YG10合金。掃描電鏡分析結(jié)果表明，合金中WC晶體的長度為1200-1400納米，橫向尺寸為100-110納米。
權(quán)利要求
1.具有纖維狀WC晶體的YG合金的制造方法，其特征在于根據(jù)合金成份，將工業(yè)用中顆粒鎢粉，鈷粉和炭黑按合金成份配料，在高能球磨機中球磨，球料比為15-30∶1，硬質(zhì)合金球尺寸為5-10毫米，球磨機轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，球磨時間30-50h，得粉末，其中W晶粒平均尺寸為8-10納米；在粉末中添加1.5-2％石蠟作成形劑，在147-196Mpa的壓力下成形，得到粉末壓坯；粉末壓坯在真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1250-1400℃，燒結(jié)時間為30-60分鐘。
專利摘要
具有纖維狀WC晶體的YG合金的制造方法。本發(fā)明采用納米晶的W(Co，C)超飽和固溶體粉末為原料，通過對相變過程的控制，原位生成纖維狀WC晶體或WC晶須，達到纖維增強和增韌的效果。本發(fā)明通過對相變過程的控制，導(dǎo)致納米晶WC晶粒發(fā)生一維優(yōu)先長大，形成WC纖維狀晶體或WC晶須，抑制了納米WC晶粒的三維粗化；YG合金中生成的WC纖維狀晶體或WC晶須可以發(fā)揮纖維或晶須對合金的強化和韌化(即阻止裂紋的擴展)，YG合金的綜合力學(xué)性能可望得到大幅度改善。
文檔編號B22F3/16GK1990888SQ200510136618
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月27日
發(fā)明者曹順華, 李炯義, 鄒仕民, 林信平 申請人:中南大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan