CN106756170B - 一种复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复杂异型WC‑Co硬质合金的修型方法，配料后经湿磨、干燥、掺成形剂、压制成形、预烧结后再机械加工成所需求的形状，随后再进行加压烧结而成；所述预烧结的温度为850℃‑950℃。通过对压制成型后的产品在所述的温度下进行预烧结，可使之具有一定的粘结能力，但又没有完全合金化；然后再进行机械加工成所需求的硬质合金产品形状，最后进行加压烧结成合金。本发明方法不仅能解决了硬质合金复杂产品的成形难题，生产出来的产品不再需后续加工，同时解决了硬质合金生产变形问题突出的一大难点，节约了后续加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金的制备方法，具体涉及一种复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法。
背景技术
硬质合金是以一种或多种高硬度、高模量的难熔金属碳化物(WC、Ti C、Cr2C3)为基体，以过渡族金属(Fe、Co、Ni等)或其他合金为粘结相而组成的一种多相复合材料。这种复合结构材料具有陶瓷的高硬度、高耐磨性、红硬性，又具有金属的较高强度和韧性；而这种特异的“双高”性能正是材料科研工作者所追求的目标。
碳化钨-钴就是“双高”硬质合金或者金属陶瓷的典范。其牌号是由YG和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均WCo＝8％，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。由于WC-Co硬质合金优越的性能而被广泛的应用于拉丝模、切削工具、耐腐蚀零件及结构部件，如高压容器的柱塞及液缸、精密轧辊、合成金刚石的顶锤、钢丝滚轧机的轧辊、裁纸刀等；油田开钻的喷嘴等。
随着工业技术的发展，各种装备需要形状更复杂的零部件，生产批量也急剧增加。特别是随着世界性的能源紧张，原材料匮乏，促使各工业发达国家纷纷投入大量人力、物力开发研究，寻求能够节能、节材的塑性成形新工艺新方法。目前，硬质合金在各领域应用也越来越广泛，但由于硬质合金硬度极高，硬度仅次于金刚石，用常规的加工方法无法完成，而采用金刚石加工的方法不是工艺复杂就是成本太高，严重制约着其在硬质合金在各领域的大批应用。
发明内容
为解决现有复杂构型的硬质合金加工难度大的缺陷，本发明提供了一种复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，旨在降低复杂构型的硬质合金的制备难度，提升制得的异形硬质合金的加工精度。
一种复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，配料后经湿磨、干燥、掺成形剂、压制成形、脱脂烧结、850℃-950℃下预烧结后再机械加工成所需求的形状，随后再进行真空、加压烧结而成。
本发明人发现，通过对压制成型后的产品在所述的温度下进行预烧结，可使之具有一定的粘结能力，但又没有完全合金化；然后再进行机械加工成所需求的硬质合金产品形状，最后进行加压烧结成合金。本发明方法不仅能解决了硬质合金复杂产品的成形难题，生产出来的产品不再需后续加工，同时解决了硬质合金生产变形问题突出的一大难点，节约了后续加工成本。
本发明中，一种优选的复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)脱脂烧结：
将经配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型的坯体置于烧结炉中从室温以1～3℃/min的升温速率升至240～260℃后保温25～35min；再以1.0～1.5℃/min的升温速率升至370～390℃保温70～90min；再以1～3℃/min的升温速率升至415～435℃保温70～90min；脱脂烧结期间以35～45L/min的流速通入H2；
步骤(2)：修型预烧结：
在步骤(1)脱脂烧结后，以1～3℃/min的升温速率升至850℃-950℃后保温60～120min获得加工坯件，期间以25～35L/min的流速通入H2；
步骤(3)：将步骤(2)修型预烧结得到的加工坯件加工成所需形貌；
步骤(4)：将步骤(3)加工成的产品再进行真空、加压烧结制得复杂异型的WC-Co硬质合金的合金产品。
本发明中，通过所述优选的制备方法的特殊升温曲线以及期间的H2流量的控制，再协同配合与步骤(2)的修型预烧结、加工，有助于制得具有复杂、异形形貌的WC-Co硬质合金的合金产品。
作为优选，步骤(1)中，坯体置于烧结炉中从室温以2℃/min的升温速率升至250℃后保温30min；再以1.2℃/min的升温速率升至380℃保温80min；再以2℃/min的升温速率升至425℃保温80min；脱脂烧结期间以40L/min的流速通入H2。
经过步骤(1)的烧结后，再配合步骤(2)的预烧结，大大提升产品的加工性能。
作为优选，步骤(2)中，以2℃/min的升温速率升至870℃-910℃后保温70～100min，期间以30L/min的流速通入H2；通过预烧结获得加工坯件；
步骤(3)中，将步骤(2)修型预烧结得到的加工坯件在加工车间进行车、铣、刨等加工以达到符合用户要求的产品；加工的边角料则可循环套用至湿磨工序，进行二次湿磨重新使用。
步骤(4)中，将步骤(3)加工成型的产品再经步骤(4)的烧结处理，最终制得具有复杂形貌的WC-Co硬质合金。
本发明中，作为优选，步骤(4)中的烧结工艺参数为：1200℃～1380℃下真空烧结30～120min；1390℃～1500℃加压烧结40～100min，加压烧结过程的压力为2～3MPa。
本发明中，作为优选，所述的WC-Co硬质合金中，Co的质量百分数为5～12％；进一步优选为6～10％。
例如，可采用本发明方法加工具有异形复杂形貌的牌号为YG06、YG08或YG10的硬质合金。
本发明中，一种优选的复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，包括以下步骤：
步骤(1)脱脂烧结：
将经配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型等步骤得到的混合料压制成型的坯体；进行脱脂烧结；烧结工艺参数为：将压制成型的坯体置于烧结炉中从室温以2℃/min的升温速率升至250℃后保温30min，再以1.2℃/min的升温速率升至380℃保温80min，再以2℃/min的升温速率升至425℃保温80min；脱脂烧结过程中通入40L/min的H2，完成脱脂烧结阶段；
步骤(2)：修型预烧：
在步骤(1)脱脂烧结后，以2℃/min的升温速率升至850℃-950℃后保温60～120min；期间以30L/min的流速通入H2；通过预烧结从而获得可加工的硬质合金可加工坯件；
步骤(3)：将步骤(2)修型预烧得到的硬质合金可加工坯件在加工车间进行车、铣、刨等加工以达到符合用户要求的产品；加工的边角料则回收进行二次湿磨重新使用；
步骤(4)：将步骤(3)加工成的合格品时行真空及加压烧结而得到优质的硬质合金产品。
有益效果
1、采用本工艺方法能解决目前硬质合金加工难的问题，使硬质合金能更广泛地应用在各行业中，扩大使用范围。
2、采用本工艺方法生产出来的产品基本上不再需后续加工，即使是要求特别高精度的零件，也可经过微量的修磨而达到，节约了后续加工成本。
3、采用本工艺方法能有效地降低生产成本。由于复杂件成型难度大，生产时模具的设计及生产要产生一大批的制造费用，而且花费的时间很长，本发明能将加工时的边角料及加工不当造成的废品重新返回湿磨，进行第二次使用，极大地降低了原料的浪费同时节约很大的模具费用又能缩短生产周期，提高生产效益。
具体实施方法：
实施例1
选用YG06牌号的复杂件进行修型预烧结处理修型加工100件：
步骤(1)脱脂烧结：
将经配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型等步骤得到的混合料压制成型的坯体；进行脱脂烧结；烧结工艺参数为：将压制成型的坯体置于烧结炉中从室温以2℃/min的升温速率升至250℃后保温30min；再以1.2℃/min的升温速率升至380℃保温80min；再以2℃/min的升温速率升至425℃保温80min；脱脂烧结过程中通入40L/min的H2，完成脱脂烧结阶段。
步骤(2)：修型预烧：
在步骤(1)脱脂烧结后，以2℃/min的升温速率升至870℃后保温70min，其中，通入H2气体的流速为30L/min。通过预烧结从而获得可加工的硬质合金可加工坯件。
步骤(3)：将步骤(2)修型预烧得到的硬质合金可加工坯件在加工车间进行车、铣、刨等加工以达到符合用户要求的产品；加工的边角料则回收进行二次湿磨重新使用。
步骤(4)：将步骤(3)加工成的合格品时进行真空及加压烧结而得到优质的硬质合金产品；烧结工艺参数为：1200℃～1380℃下真空烧结30～120min；1390℃～1500℃加压烧结40～100min，加压烧结过程的压力为2～3MPa。
将通过本实施例得到的结构复杂钨钴硬质合金，其中，所述的硬质合金的WC平均晶粒度为2.4μm，横向断裂强度3100Mpa，硬度90.3HRA，金相孔隙度为A02、B00、C00。产品性能合格；加工时稍有夹坏，共加工破损16件(易破损)；返回的边角料易球磨成功，球磨时间4小时符合要求，便于回收使用。
实施例2
选用YG08牌号的复杂件进行修型预烧结处理修型加工100件：
步骤(1)脱脂烧结：
将经配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型等步骤得到的混合料压制成型的坯体；进行脱脂烧结；烧结工艺参数为：将压制成型的坯体置于烧结炉中从室温以2℃/min的升温速率升至250℃后保温30min，再以1.2℃/min的升温速率升至380℃保温80min，再以2℃/min的升温速率升至425℃保温80min；脱脂烧结过程中通入40L/min的H2，完成脱脂烧结阶段。
步骤(2)：修型预烧：
在步骤(1)脱脂烧结后，以2℃/min的升温速率升至910℃后保温100min。min；其中，通入H2气体的流速为30L/min。通过预烧结从而获得可加工的硬质合金可加工坯件。
步骤(3)：将步骤(2)修型预烧得到的硬质合金可加工坯件在加工车间进行车、铣、刨等加工以达到符合用户要求的产品；加工的边角料则回收进行二次湿磨重新使用。
步骤(4)：将步骤(3)加工成的合格品时进行真空及加压烧结而得到优质的硬质合金产品；烧结工艺参数为：1200℃～1380℃下真空烧结30～120min；1390℃～1500℃加压烧结40～100min，加压烧结过程的压力为2～3MPa。
将通过本实施例得到的结构复杂钨钴硬质合金，其中，所述的硬质合金的WC平均晶粒度为2.8μm，横向断裂强度3150Mpa，硬度90.0HRA，金相孔隙度为A02、B00、C00。产品性能合格；加工时难损坏，方便加工，破损2件；返回的边角料易球磨成功，球磨时间6小时符合要求，便于回收使用。
实施例3
选用YG10牌号的复杂件进行修型预烧结处理修型加工100件：
步骤(1)脱脂烧结：
将经配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型等步骤得到的混合料压制成型的坯体；进行脱脂烧结；烧结工艺参数为：将压制成型的坯体置于烧结炉中从室温以2℃/min的升温速率升至250℃后保温30min，再以1.2℃/min的升温速率升至380℃保温80min，再以2℃/min的升温速率升至425℃保温80min；脱脂烧结过程中通入40L/min的H2，完成脱脂烧结阶段。
步骤(2)：修型预烧：
在步骤(1)脱脂烧结后，以2℃/min的升温速率升至950℃后保温120min。min；其中，通入H2气体的流速为30L/min。通过预烧结从而获得可加工的硬质合金可加工坯件。
步骤(3)：将步骤(2)修型预烧得到的硬质合金可加工坯件在加工车间进行车、铣、刨等加工以达到符合用户要求的产品；加工的边角料则回收进行二次湿磨重新使用。
步骤(4)：将步骤(3)加工成的合格品时进行真空及加压烧结而得到优质的硬质合金产品；烧结工艺参数为：1200℃～1380℃下真空烧结30～120min；1390℃～1500℃加压烧结40～100min，加压烧结过程的压力为2～3MPa。
将通过本实施例得到的结构复杂钨钴硬质合金，其中，所述的硬质合金的WC平均晶粒度为2.2μm，横向断裂强度3150Mpa，硬度88.4HRA，金相孔隙度为A02、B00、C00。产品性能合格；加工时难损坏，方便加工，无破损件；返回的边角料较难球磨成功，球磨时间18小时符合要求，稍维于回收使用。
Claims (4)
1.一种复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，其特征在于，配料后经湿磨、干燥、掺成形剂、压制成形、脱脂烧结、850℃-950℃下预烧结后再机械加工成所需求的形状，随后再进行真空、加压烧结而成；
包括以下步骤：
步骤(1)脱脂烧结：
将经配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型的坯体置于烧结炉中从室温以1~3℃/min的升温速率升至240~260℃后保温25~35min；再以1.0~1.5℃/min的升温速率升至370~390℃保温70~90min；再以1~3℃/min的升温速率升至415~435℃保温70~90min；脱脂烧结期间以35~45L/min的流速通入H2 ；
步骤（2）：修型预烧结：
在步骤(1)脱脂烧结后，以1~3℃/min的升温速率升至850℃-950℃后保温60~120min获得加工坯件，期间以25~35L/min的流速通入H2 ；
步骤（3）：将步骤（2）修型预烧结得到的加工坯件加工成所需形貌；
步骤（4）：将步骤（3）加工成的产品再进行真空、加压烧结制得复杂异型的WC-Co硬质合金的合金产品。
2.如权利要求1所述的复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，其特征在于，步骤(1)中，坯体置于烧结炉中从室温以2℃/min的升温速率升至250℃后保温30min；再以1.2℃/min的升温速率升至380℃保温80min；再以2℃/min的升温速率升至425℃保温80min；脱脂烧结期间以40L/min的流速通入H2 。
3.如权利要求2所述的复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，其特征在于，步骤(2)中，以2℃/min的升温速率升至870℃-910℃后保温70~100min，期间以30L/min的流速通入H2 ；通过预烧结获得加工坯件。
4.如权利要求1~3任一项所述的复杂异型WC-Co硬质合金的修型方法，其特征在于，步骤（4）中的烧结工艺参数为：1200℃~1380℃下真空烧结30~120min；1390℃~1500℃加压烧结40~100min，加压烧结过程的压力为2~3MPa。
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