專利名稱：含片晶wc的硬質(zhì)合金、其制法及形成片晶wc的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金，它具有優(yōu)良的硬度、韌性、耐磨性、強(qiáng)度、耐塑性形變以及耐熱開裂性能，它其中有片狀碳化鎢(本文以下稱“片晶WC”)結(jié)晶，本發(fā)明尤其涉及一種含片晶WC的硬質(zhì)合金，它適合作為刀具如可轉(zhuǎn)位刀片、鉆頭和端面銑刀，涂層超硬工具的基體材料，塑性加工工具如撥絲模、沖壓模和鍛模，以及剪切工具如沖剪模和切刀，本發(fā)明還涉及用于形成片晶WC的組合物，以及用來制備這種含片晶WC的硬質(zhì)合金的方法。
通常，可以通過改變WC的粒度，Co含量和其它碳化物的添加量來改變硬質(zhì)合金的硬度(即耐磨性)以及強(qiáng)度和韌性(即抗斷裂性能)，從而使硬質(zhì)合金廣泛用于各種場合。但是存在一個(gè)矛盾的問題如果增加了耐磨性，則會降低抗斷裂性能，相反若增加了抗斷裂性能，則耐磨性又會下降。
作為一種解決該問題的途徑，可以提到由WC的晶面引起的各向異性的力學(xué)性能獲得的方法，詳細(xì)地說，例如涉及存在片晶WC的硬質(zhì)合金的方法，其中的片晶WC具有三角形片或六方形片的形狀，優(yōu)選使其(001)晶面沿(001)晶面方向擇優(yōu)生長，因?yàn)閃C晶體的(001)晶面具有最高的硬度，而(100)晶面方向具有最高彈性模量，或一種用來制備該硬質(zhì)合金的方法。
涉及片晶WC的現(xiàn)有技術(shù)的代表性的例子有，日本專利公告No.23049/1972和No.23050/1972，以及日本防衛(wèi)性專利公開No.34008/1992，No.47239/1990，No.51408/1990，No.138434/1990，No.274827/1990和No.339659/1993。
在涉及片晶WC的現(xiàn)有技術(shù)中，日本專利公開No.23049/1972和No.23050/1972，描述了一種使用混合粉末來制備含片晶WC的硬質(zhì)合金的方法，這種混合粉末中含有膠質(zhì)碳化鎢粉末以及Fe、Ni、Co或其合金的粉末，所述膠質(zhì)粉末中含有用來生長片晶WC的多孔團(tuán)聚體。
在日本防衛(wèi)性專利公開No.34008/1982中，描述了一種制造雙晶碳化鎢的方法，它通過向充分粉碎的W和C的混合粉末中添加少量的鐵族金屬鹽，然后在加熱條件下對混合物進(jìn)行碳化，使(001)晶面結(jié)合形成雙晶面。
此外，在日本防衛(wèi)性專利公開No.47239/1990和138434/1990中，描述了一種制備硬質(zhì)合金的方法，它用(W、Ti、Ta)C固溶體作為原料，其中所含的碳化鎢處于過飽和態(tài)，在加熱下燒結(jié)時(shí)，結(jié)晶為片晶WC。
在日本防衛(wèi)性專利公開No.274827/1990中，描述了一種制造各向異性硬質(zhì)合金的方法，它將用過的硬質(zhì)合金氧化、還原后，再碳化制得粉末，將粉末成型，然后燒結(jié)或熱壓燒結(jié)得到模制品。
另外，在日本防衛(wèi)性專利公開No.339659/1993中，敘述了一種含片晶WC的硬質(zhì)合金的制備方法，它將含WC、3-40％(重量)的具有立方結(jié)構(gòu)的化合物和1-25％(重量)的Co和/或Ni的混合粉末在1450℃或更高的溫度下燒結(jié)，其中所含WC的粒度不超過0.5μm。
在上述8種出版物中敘述的硬質(zhì)合金或用上述出版物中所述方法制備的硬質(zhì)合金中，WC的(001)晶面生長速度低，所以WC晶體的a軸長度，c軸長度和c/a比都很小，所含的片晶WC比例較低，這會產(chǎn)生這樣一個(gè)問題，即硬質(zhì)合金的各種特性，尤其是硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性和抗斷裂性不能得以提高。此外，在上述的制備方法中，難以控制WC的粒度，也難以提高所含片晶WC的比例，上述方法僅能用在組分受到局限的硬質(zhì)合金中，并且制造且本高。
本發(fā)明現(xiàn)已解決了上述問題，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種含片晶WC的硬質(zhì)合金，它具有最佳的協(xié)同效果，即同時(shí)具有高的硬度、高的韌性、高的耐磨性、高的強(qiáng)度，并且抗斷裂性很好，這在常規(guī)硬質(zhì)合金中是不能得到的，通過提高WC(001)晶面的生長速度，可以提高WC晶體的a軸長度、c軸長度及c/a比，并使WC晶體中片晶WC晶體比例增加，從而增加硬質(zhì)合金的使用壽命，本發(fā)明還提供了一種制備上述硬質(zhì)合金的方法，由此方法，通過燒結(jié)片晶WC形成粉末的混合粉末可以很容易在硬質(zhì)合金中形成片晶WC，其中片晶WC形成粉末包括含鐵族金屬、W和C的復(fù)合碳化物或其前體，以及碳粉。
本發(fā)明人為了在不降低硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性的前提下，提高其強(qiáng)度、韌性和抗斷裂性，進(jìn)行了多年的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過提高WC(001)晶面的生長速度，WC晶體的a軸長度、c軸長度和c/a比，以及所含片晶WC晶體的比例，可以實(shí)現(xiàn)這一目的。為了得到這種硬質(zhì)合金，可向包含鐵族金屬、W和C的復(fù)合碳化物，或在加熱期間能形成這種復(fù)合碳化物的前體的粉末中加入碳粉，然后加熱粉末混合物，通過反應(yīng)和結(jié)晶可以很容易形成滿足上述特性的片晶WC，從而完成了本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金包含4-40％(體積)的粘合劑相，該粘合劑相包含至少一種鐵族金屬(鈷(Co)、鎳(Ni)和鐵(Fe))作為主要組分；及余量的硬質(zhì)相和不可避免的雜質(zhì)，這種硬質(zhì)相僅含碳化鎢，或含不超過50％(體積)的一種具有立方結(jié)構(gòu)的化合物和碳化鎢，這種具有立方結(jié)構(gòu)的化合物選自元素周期表中第4b族(鈦(Ti)、鉻(Zr)和鉿(Hf))，第5b族(釩(V)、鈮(Nb)和鉭(Ta))或第6b族(鉻(Cr)、鉬(Mo)和鎢(W))的碳化物或氮化物或其固溶體中的至少一種。
當(dāng)用Cu靶的Ka射線進(jìn)行X射線衍射分析得到的(001)晶面和(101)晶面的峰強(qiáng)分別表示為h(001)和h(101)時(shí)，上述的碳化鎢滿足h(001)/h(101)≥0.50，而本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金具有下述三個(gè)特征，即具有優(yōu)良的韌性、強(qiáng)度和硬度。下面將詳細(xì)敘述本發(fā)明。
作為本發(fā)明含片晶WC硬質(zhì)合金的粘合劑相，可以具體提及，例如，Co、Ni、Fe及合金，如Co-Ni、Co-W、Ni-Cr和Fe-Ni-Cr。如果粘合劑相的量低于4％(體積)，燒結(jié)很困難，使燒結(jié)體內(nèi)部還存在氣孔，或者形成片晶WC晶體的速率降低，使硬質(zhì)合金強(qiáng)度和硬度顯著降低。另一方面，如果粘合劑相的量超過40％(體積)，包括片晶的WC的量相對降低，使硬質(zhì)合金硬度和耐磨性顯著降低。
作為本發(fā)明的含片晶WC硬質(zhì)合金中具有立方結(jié)構(gòu)的化合物，可以具體提及，例如TaC、NbC、V4C3、VC、(W，Ti)C、(W，Ti，Ta)C、TiN、ZrN、(W，Ti)(C，N)和(W，Nb，Zr)CN。如果具有立方結(jié)構(gòu)的化合物的量超過50％(體積)，則包括片晶WC在內(nèi)的WC的量相對減少，使硬質(zhì)合金的硬度和韌性顯著降低。
在本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，含片晶WC的硬質(zhì)合金包括4-40％(體積)的以至少一種鐵族金屬(Co、Ni和Fe)為主要組分的粘合劑相；和余量的WC，當(dāng)使用Cu靶Ka射線的X射線衍射分析中(001)晶面和(101)晶面的峰強(qiáng)分別用h(001)和h(101)表示時(shí)，上述WC滿足h(001)/h(101)≥0.50。若峰強(qiáng)比h(001)/h(101)低于0.50時(shí)，表現(xiàn)最佳硬度的WC(001)晶面的生長速度較低，因此硬度的增加較小。峰強(qiáng)比h(001)/h(101)優(yōu)選為0.55或更大，特別優(yōu)選為0.60或更大。
在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案中，含片晶WC硬質(zhì)合金的一個(gè)特征是，WC晶體的a軸長為0.2907nm或更大，c軸長為0.2840nm或更大。如果a軸長低于0.2907nm，或c軸長低于0.2840nm，WC晶格的內(nèi)部畸變較小，增加硬度的效果也小。此外，本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金的另一個(gè)特征是晶軸中c軸長度與a軸長度之比，即c/a比最好為0.9770或更大。
在本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，含片晶WC的硬質(zhì)合金的一個(gè)特征是WC晶體的(001)晶面的取向平行于成形步驟中的加壓面，表現(xiàn)出擇優(yōu)取向。即，當(dāng)對平行于上述加壓面的P面，和垂直于上述加壓面的h面分別進(jìn)行x射線衍射時(shí)，WC晶體的(001)晶面和(101)晶面的峰強(qiáng)分別表示為P(001)，P(101)，h(001)和h(101)時(shí)，滿足p(001)/p(101)＞1.2×h(001)/h(101)。若相對峰強(qiáng)比不能滿足上式時(shí)，WC(001)晶面在特定方向的擇優(yōu)取向比降低，從而降低了硬度的各向異性，因而不能通過提高在特定方向或晶面上的硬度，來表現(xiàn)出硬度特性。
在上述的含片晶WC的硬質(zhì)合金中，優(yōu)選地它含有20％(體積)或以上的在WC顆粒截面上最大長度與最小長度之比不小于3.0的片晶WC，由此使其各種性能如硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性、抗斷裂性得到改進(jìn)。特別優(yōu)選的情況是WC的粒徑為0.5μm或更小。在硬質(zhì)合金的截面上所含片晶WC優(yōu)選地為40％(體積)或更大，尤其優(yōu)選50％(體積)或更大。
在制備本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金中用來形成片晶WC的組合物包括含60-90％(重量)的W，0.5-3.0％(重量)的碳以及其余量的至少一種鐵族金屬的復(fù)合碳化物，由此可獲得具有高的片晶WC含量的硬質(zhì)合金。至于上述的復(fù)合碳化物，可以具體提及例如Co3W9C4、Co2W4C、Co3W3C、Co6W6C、Ni2W4C、Fe2W4C、Fe3W3C、Fe4W2C及其固溶體。
用來制備本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金的方法包括將形成片晶WC粉末的混合粉末成型，這種混合粉末包括含一種鐵族金屬，W和C的復(fù)合碳化物和/或其前體，碳粉，以及如果需要，形成立方化合物的粉末；然后在1200-1600℃溫度下，在真空或非氧化性氣氛中加熱燒結(jié)成型的坯塊。本發(fā)明方法與常規(guī)制造硬質(zhì)合金方法在相同條件下進(jìn)行，例如，在一種非氧化性氣體如一種惰性氣體或氫氣氣氛中，在減壓，常壓或增壓下燒結(jié)30-90分鐘。
制備本發(fā)明含片晶WC硬質(zhì)合金的方法中所用的復(fù)合碳化物與上述的復(fù)合碳化物相同。此外，可以提及在上述復(fù)合碳化物中溶有不超過20％(重量)的元素周期表中第4b、5b或6b族金屬(除W以外)的那些復(fù)合碳化物，如Co3(W，Ti)9C4，Co2(W，V)4C，Co3(W，Ta)3C，(Ni，Cr)2W4C和(Fe，Mo)3W3C。在某些情況下溶有第4b、5b或6b族金屬是優(yōu)選的，因?yàn)樵跓Y(jié)時(shí)，它在形成碳化物的同時(shí)具有控制結(jié)晶的片晶WC顆粒的尺寸，形狀和分布的作用。
至于在制備本發(fā)明的含片晶WC硬質(zhì)合金的方法中所用的復(fù)合碳化物的前體，可以具體提及含一種鐵族金屬的W合金，W和/或W2C與一種鐵族金屬的混合物，以及WC，元素周期表中第4b，5b或6b族金屬的氧化物和一種鐵族金屬的混合物。也可以更具體地提到，例如W-10％(重量)Co的合金粉末，W2C-10％(重量)Co的混合粉末，WC-10％(重量)TiO2-10％(重量)Co的混合粉末，以及W-10％(重量)WC-2％(重量)Cr2O3-10％(重量)Ni的混合粉末，上述每種混合物與一部分添加的碳粉在燒結(jié)時(shí)形成上述的復(fù)合碳化物。
至于在上述含片晶WC硬質(zhì)合金的制備方法中的碳源化合物，可以具體提及石墨、碳、石油瀝青和熱固性樹脂。當(dāng)使用上述復(fù)合碳化物的前體粉末時(shí)，優(yōu)選使用平均粒度2-20μm的石墨，因?yàn)檫@將加速片晶WC的形成，從而增加合金的硬度和韌性。碳的量可以任選，只要它在燒結(jié)時(shí)能足以用來還原混合粉末中的殘余氧并與W組分形成片晶WC，而且碳量還應(yīng)使得通過燒結(jié)獲得的硬質(zhì)合金中不再存在復(fù)合碳化物或不析出自由碳。
在制備本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金方法中，如果需要，作為加入的形成立方結(jié)構(gòu)化合物的粉末，可以具體提及例如，TaC、NbC、V4C3、VC、TiC、(W，Ti)C，(W、Ti、Ta)C，TiN，ZrN和Ti(CN)。
優(yōu)選地，在制備本發(fā)明的含片晶WC硬質(zhì)合金的方法中進(jìn)行的加熱燒結(jié)包括形成由M3－xW3＋xC(其中M代表一種鐵族金屬，并且0≤x≤1)表示的復(fù)合碳化物的第一階段和由上述復(fù)合碳化物形成片晶WC的第二階段，因?yàn)榧铀倨C的形成可以增加硬度和韌性。
在制備本發(fā)明的含片晶WC硬質(zhì)合金的方法中，優(yōu)選地，含有W合金粉末和/或金屬W粉作為上述的前體，因?yàn)檫@樣可以使硬質(zhì)合金的WC(001)晶面在特定方向上擇優(yōu)取向，從而提高硬度的各向異性。也就是說，使W合金粉末和/或金屬W粉末中由混合和粉碎而形成的平面在成型步驟中平行于加壓面而取向，從而使通過加熱燒結(jié)而形成的WC的(001)晶面平行于加壓面而取向。
本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金具有提高硬質(zhì)合金硬度、強(qiáng)度、韌性和抗斷裂性能的作用，同時(shí)又提高WC(001)晶面的生長速度，WC(001)晶體的a軸長度、c軸長度和c/a比，并提高片晶WC晶體的比例，而制備上述合金的方法通過使包含一種鐵族金屬，W和C的復(fù)合碳化物與碳反應(yīng)能形成片晶WC和粘合劑相。
下面參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)敘述。實(shí)施例1首先，根據(jù)表1所示的配方組成稱量以下粉末市場上可購買到的平均粒度分別為0.5μm，1.5μm和3.2μm的W粉(在以后的表中分別表示為“W/F”，“W/M”和“W/L”)，粒度為0.02μm的碳黑(表中所示的“C”)，和粒度在1-2μm之間的Co，Ni，F(xiàn)e，Cr，Cr3C2和TaH2；將這些粉末與丙酮溶劑和硬質(zhì)合金球一起裝入不銹鋼罐中。粉末混合并粉碎24小時(shí)后，干燥制得混合粉末。將混合粉末裝入石墨坩堝中，并在真空(氣氛壓力約10Pa)下，在表1所示溫度下加熱1小時(shí)，制得本發(fā)明的粉末組合物P(1)至P(6)和用于制備本發(fā)明粉末組合物的前體P(7)和P(8)。進(jìn)行x射線衍射，利用內(nèi)標(biāo)法定量測定這些粉末的組成和組分。結(jié)果列于表1。
然后，根據(jù)表2所示配方組成，稱量以下組分表1所示粉末組合物，上述的W、C、Co、Ni、Fe、Cr和Cr3C2粉末，平均粒度分別為0.5μm，1.5μm和3.2μm的市場上可買到的WC(表中分別表示為“WC/F”，“WC/M”和“WC/L”)，粒度為1.4μm的W2C，粒度6.0μm的石墨(表中用“G”表示)，粒度0.4μm的WO3，粒度0.03μm的TiO2和粒度1.5μm的(W，Ti，Ta)C固溶體(WC/TiC/TaC＝50/20/30，重量比，表中以“WTT”表示)；將它們與丙酮溶劑和硬質(zhì)合金球一起裝入不銹鋼制成的罐中。粉末混合并粉磨48小時(shí)，然后干燥制得混合粉末。將混合粉末裝入金屬模中，在2噸/cm2壓力下加壓制成約5.5×9.5×29mm大小的素坯。將素坯件放在由氧化鋁和碳纖維制成的片上，在真空(氣氛壓力約10Pa下)下，在表2所示溫度下燒結(jié)1小時(shí)，得到本發(fā)明試樣1至17和對比試樣1至17的硬質(zhì)合金。
得到的硬質(zhì)合金試樣用#230金剛石研磨砂進(jìn)行濕法研磨，制得尺寸為4.0×8.0×25.0mm的試樣。測量每根試樣的抗撓強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度)(使用與ISO 242 2804相似的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B4140對應(yīng)的方法)。然后，用1μm的金剛石拋光膏對每一試樣的一個(gè)面(平行于加壓面)拋光后，用198N的負(fù)荷測量了合金的維氏硬度和斷裂韌性值KIC(利用所謂的IM法，通過測量從用維氏硬度計(jì)所得壓痕的邊緣擴(kuò)展的裂紋長度來進(jìn)行)。用電子顯微鏡拍攝了拋光面的結(jié)構(gòu)照片。通過圖像處理機(jī)，測定了WC的平均粒度，以及最大尺寸與最小尺寸之比大于或等于3.0的片晶WC與全部WC的體積比。此外，測量了用Cu-Ka射成進(jìn)行X射線衍射分析時(shí)WC的(001)晶面的峰強(qiáng)與(101)晶面的峰強(qiáng)比，以及WC晶體的晶格常數(shù)(a軸長，c軸長)和c/a比。結(jié)果列于表3。
另外，由上述顯微結(jié)構(gòu)照片測出的估算組成也列于表2。
表1
表2
表2(續(xù))
表3
表3(續(xù))
實(shí)施例2將實(shí)施例1中本發(fā)明試樣1，6，7，9，10，11，15和16以及對比試樣1，6，7，9，10和13的素坯用實(shí)施例1相同方法并在實(shí)施例1相同條件下加熱，分別在950℃和1100℃保持5分鐘，冷卻后取出。對加熱過的坯塊，通過x射線衍射用內(nèi)標(biāo)法測定其大約組成。結(jié)果列于表4。
表4
實(shí)施例3將實(shí)施例1中所用本發(fā)明試樣6，7，9和15，以及對比試樣6、7、9和13的混合粉末裝入截面形狀約為16×16mm的金屬模中，用上、下壓頭在2噸/cm2壓力下加壓成型，制得尺寸約16×16×6.2mm的素坯。用實(shí)施例1相同方法并在相同條件下加熱，對素坯片進(jìn)行燒結(jié)。
用#230金剛石研磨砂對得到的硬質(zhì)合金試樣進(jìn)行濕法研磨，再用1μm的金剛石拋光膏對上、下面中的一面(表5中“P面”)和側(cè)面中的一面(表5中的“h面”)進(jìn)行拋光。用X射線衍射對p面和h面分別測量WC晶體(001)面和(101)面的峰強(qiáng)比。此外，從分別得到的峰強(qiáng)比，計(jì)算p面和h面的比。結(jié)果列于表5。
表5
從表3，4和5所示的結(jié)果，可以看出本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金與含相同組分的對比硬質(zhì)合金相比，具有更高的抗彎強(qiáng)度、硬度和斷裂韌性。實(shí)施例4將實(shí)施例1中所用本發(fā)明試樣9和13，以及對比試樣9和12的混合粉末裝入截面積約為16×16mm的金屬模中，用上、下壓頭在2噸/cm2壓力下加壓制得尺寸為16×16×6.2mm的素坯。然后用實(shí)施例1中的相同方法并在相同條件下加熱并燒結(jié)素坯，然后進(jìn)行濕法研磨得到根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)的SNGN120408切削刀片。對這些刀片使用下面所列參數(shù)進(jìn)行車削實(shí)驗(yàn)，直至刀片側(cè)面磨損達(dá)0.35mm時(shí)測量其工作使用壽命。結(jié)果列于表6。
被切削材料FC350切削速度V＝100m/min切深d＝1.5mm進(jìn)給量f＝0.3mm切削液干法實(shí)施例5將實(shí)施例1中所用本發(fā)明試樣12和15，以及對比試樣11和13的混合粉末裝入截面積約為16×16mm的金屬模中，用上、下壓頭在2噸/cm2壓力下加熱制得尺寸為16×16×6.2mm的素坯。然后用實(shí)施例1中的相同方法并在相同條件下加熱并燒結(jié)素坯，然后進(jìn)行濕法研磨得到根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)的SNGN120408切削刀片。對這些刀片進(jìn)行預(yù)倒棱-30°×0.15mm，然后將它們裝入CVD涂覆爐。在刀片表面上連續(xù)涂覆1.0μm的TiN，5.0μm的TiCN，2.0μm的TiC，2.0μm的Al2O3和1.0μm的TiN(總涂層厚度11μm)。使用得到的涂層刀片，用鋼在下面試驗(yàn)條件下進(jìn)行間歇車削，測量直至刀尖崩裂或側(cè)面磨損量達(dá)到0.35mm時(shí)刀具的工作壽命。結(jié)果列于表6。
被切削材料S48C(帶4道槽)切削速度V＝150m/min切深d＝2.0mm進(jìn)給量f＝0.25mm切削液干型實(shí)施例6用干式水壓壓機(jī)在約2噸/cm2壓力下，壓制實(shí)施例1中所用的本發(fā)明試樣2和對比試樣2的混合粉末，制得直徑10mm，長度66mm的圓棒。用實(shí)施例1相同方法并在同樣條件下加熱并燒結(jié)圓棒，然后進(jìn)行濕法研磨，得到端銑刀，其長度42.0mm，刀尖直徑6mm，刀數(shù)為2，螺旋角為30度。對這些端銑刀，用金屬模具鋼，在下面的試驗(yàn)條件下進(jìn)行切削試驗(yàn)，測量直至側(cè)面磨損量達(dá)0.25mm時(shí)的刀具工作壽命。結(jié)果列于表6。
被切削材料SKD11切削速度V＝45m/min切深d＝6.0mm進(jìn)給量f＝0.02mm切寬W＝3.5mm切削液濕法(一種水溶性油性劑)實(shí)施例7
用干式水壓壓機(jī)在大約2噸/cm2壓力下壓制實(shí)施例1中所用本發(fā)明試樣3和7，以及對比試樣3和7的混合粉末，制得圓筒坯，圓筒外徑52mm，內(nèi)徑12mm，高40mm，和圓棒坯，圓棒直徑14mm，長40mm。用實(shí)施例1相同方法并在相同條件下對這些圓筒和圓棒進(jìn)行加熱燒結(jié)，進(jìn)行濕法研磨制得外徑40.0mm，內(nèi)徑10.00mm，高30.0mm的模套，以及直徑9.95mm，長度30.0mm的壓頭。使用由上述合金模套和壓頭組合得到的模具，在下面條件下對粉末進(jìn)行干壓成型，測量直至在模具上形成縫脊時(shí)的模具壽命。結(jié)果列于表6。
被成型的粉末鐵素體坯塊尺寸直徑10.0mm，厚度2.0mm成型時(shí)間1秒成型周期5秒/坯成型壓力3噸/cm2
表6
本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金與具有相同組成和粒度的常規(guī)硬質(zhì)合金相比具有顯著的效果，其維氏硬度在HV20時(shí)不小于500，斷裂韌性K1c為不小于0.5MPa·m1/2，而制備這種硬質(zhì)合金的方法具有這種效果可以簡單而廉價(jià)地制得具有高的片晶WC含量和可控制的粒度的硬質(zhì)合金。
此外，當(dāng)由包括一層或多層的硬質(zhì)膜涂覆本發(fā)明的硬質(zhì)合金的表面，并制成涂層硬質(zhì)合金時(shí)，本發(fā)明的含片晶WC的硬質(zhì)合金預(yù)期有更好的效果，其中的硬質(zhì)膜包括元素周期表中4b(Ti，Zr和Hf)，5b(V，Nb和Ta)或6b(W，Mo和Cr)族元素的碳化物、氮化物、氧碳化物和氧氮化物，Al的氧化物和氮化物，以及它們的固溶體，金剛石，類金剛石碳，立方氮化硼和硬質(zhì)氮化硼中的至少一種。
權(quán)利要求
1.一種含片晶碳化鎢的硬質(zhì)合金，它包括4-40％(體積)的粘合劑相，粘合劑相包括至少一種選自由鈷(Co)、鎳(Ni)和鐵(Fe)組成一組的鐵族金屬為主要組分；及余量的硬質(zhì)相和不可避免的雜質(zhì)，硬質(zhì)相僅含碳化鎢，或含碳化鎢和不超過50％(體積)具有立方結(jié)構(gòu)的化合物，這種立方結(jié)構(gòu)化合物選自元素周期表中由鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)組成的第4b族元素，由釩(V)，鈮(Nb)和鉭(Ta)組成的第5b族元素，或由鉻(Cr)，鉬(Mo)和鎢(W)組成的第6b族元素的碳化物和氮化物，以及它們的固溶體中的至少一種，其中，當(dāng)使用Cu靶Ka射線進(jìn)行X射線衍射分析，(001)晶面和(101)晶面的峰強(qiáng)分別表示為h(001)和h(101)時(shí)，上述碳化鎢滿足h(001)/h(101)≥0.50。
2.權(quán)利要求1的硬質(zhì)合金，其中碳化鎢含不低于20％(體積)的片晶碳化鎢(基于總的碳化鎢計(jì))，這種片晶碳化鎢在硬質(zhì)合金截面上的最大長度和最小長度之比不低于3.0。
3.權(quán)利要求1的硬質(zhì)合金，其中碳化鎢的平均粒度不超過0.5μm。
4.權(quán)利要求1的硬質(zhì)合金，其中合金具有多面體的形狀，并且片晶碳化鎢的(001)晶面平行于上述多面體的一個(gè)面而取向。
5.一種含片晶碳化鎢的硬質(zhì)合金，它包括4-40％(體積)的粘合劑相，粘合劑相包括至少一種選自由鈷(Co)、鎳(Ni)和鐵(Fe)組成一組的鐵族金屬為主要組分；及余量的硬質(zhì)相和不可避免的雜質(zhì)，硬質(zhì)相僅含碳化鎢，或含碳化鎢和不超過50％(體積)具有立方結(jié)構(gòu)的化合物，這種立方結(jié)構(gòu)化合物選自元素周期表中由鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)組成的第4b族元素，由釩(V)，鈮(Nb)和鉭(Ta)組成的第5b族元素，或由鉻(Cr)，鉬(Mo)和鎢(W)組成的第6b族元素的碳化物和氮化物，以及它們的固溶體中的至少一種，其中上述碳化鎢的晶軸中a軸長不小于0.2907nm，C軸長不于0.2840nm。
6.權(quán)利要求5的硬質(zhì)合金，其中碳化鎢的晶軸中C軸長與a軸長之比不低于0.9770。
7.權(quán)利要求5的硬質(zhì)合金，其中碳化鎢含不低于20％(體積)的片晶碳化鎢(基于總的碳化鎢計(jì))，這種片晶碳化鎢在硬質(zhì)合金的截面上的最大長度和最小長度之比不低于3.0。
8.權(quán)利要求5的硬質(zhì)合金，其中碳化鎢的平均粒度不超過0.5μm。
9.權(quán)利要求5的硬質(zhì)合金，其中合金具有多面體的形狀，并且片晶碳化鎢的(001)晶面平行于上述多面體的一個(gè)面而取向。
10.一種形成片晶碳化鎢的組合物，它是一種復(fù)合組合物，包括不低于50％的包含鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)和鉻(Cr)中的至少一種、鎢(W)和碳(C)的固溶體化合物；和余量的碳源化合物(碳、石墨和其前體的至少一種)，或上述碳源化合物和一種組成調(diào)節(jié)化合物，這種組成調(diào)節(jié)化合物是選自元素周期表中由鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)組成的第4b族元素，由釩(V)、鈮(Nb)和鉭(Ta)組成的第5b族元素，或由鉻(Cr)、鉬(Mo)和鎢(W)組成的第6b族元素的碳化物和氮化物，以及它們的固溶體，和金屬鈷(Co)、鐵(Fe)和鉻(Cr)及其合金中的至少一種，其中所述的固溶體化合物包括60-90％(重量)的鎢(W)，0.5-3％(重量)的碳以及余量的鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)和鉻(Cr)中的至少一種。
11.權(quán)利要求10的組合物，其中的固溶體化合物是CO3W9C4、CO2W4C、Co3W3C、Co6W6C、Ni2W4C、Fe2W4C、Fe3W3C、Fe4W2C及其固溶體中的至少一種。
12.一種制備含片晶碳化鎢的硬質(zhì)合金的方法，它包括以下步驟將片晶碳化鎢形成粉末(它包含一種含鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)和鉻(Cr)中的至少一種、鎢(W)和碳(C)的固溶體化合物和/或其前體)與一種碳源化合物(碳、石墨和其前體的至少一種)或上述碳源化合物和一種組成調(diào)節(jié)化合物混合，制得混合粉末，其中組成調(diào)節(jié)化合物是選自元素周期表中由鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)組成的第4b族元素，由釩(V)、鈮(Nb)和鉭(Ta)組成的第5b族元素，或由鉻(Cr)、鉬(Mo)和鎢(W)組成的第6b族元素的碳化物和氮化物，以及它們的固溶體，和金屬鈷(Co)、鐵(Fe)和鉻(Cr)及其合金中的至少一種，將上述混合粉末成型為一種坯體；和將上述坯體在1200-1600℃下，在真空或非氧化性氣氛中加熱燒結(jié)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中片晶碳化鎢形成粉末是包括CO3W9C4、CO2W4C、Co3W3C、Co6W6C、Ni2W4C、Fe2W4C、Fe3W3C、Fe4W2C及其固溶體的一種固溶體化合物，鎢(W)，W2C，鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)和鉻(Cr)與鎢(W)的至少一種合金，和固溶體化合物的前體中的至少一種，其中的固溶體化合物的前體包括元素周期表中由鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)組成的第4b族元素，由釩(V)、鈮(Nb)和鉭(Ta)組成的第5b族元素，或由鉻(Cr)、鉬(Mo)和鎢(W)組成的第6b族元素的氧化物。
全文摘要
公開了一種含片晶碳化鎢的硬質(zhì)合金，它包括4-40％(體積)的包括至少一種選自Co、Ni和Fe的鐵族金屬作主要組分的粘合劑相；以及余量的硬質(zhì)相和不可避免的雜質(zhì)，硬質(zhì)相僅含碳化鎢，或含碳化鎢和不高于50％(體積)的選自元素周期表中第4b族(Ti，Zr和Hf)，第5b族(V，Nb和Ta)或第6b族(Cr、Mo和W)的碳化物和氮化物及其固溶體中的至少一種，當(dāng)用Cu-Ka進(jìn)行X射線衍射，(001)晶面和(101)晶面的峰強(qiáng)分別表示為h(001)和h(101)時(shí)，上述碳化鎢滿足h(001)/h(101)≥0.50，還公開了形成片晶碳化鎢的組合物和上述硬質(zhì)合金的制法。
文檔編號C22C29/06GK1144277SQ9511662
公開日1997年3月5日 申請日期1995年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月25日
發(fā)明者小林正樹, 北村幸三, 木下聰 申請人:東芝圖格萊株式會社