CN101812621A - 一种亚微细硬质合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亚微细硬质合金及其制备方法，该合金组成为(7～9)wt％的Co、(0.2～0.5)wt％的Cr3C2、(0.1～0.4)wt％的VC，余量为0.7～0.9μm的WC；其制备包括配料、湿磨、干燥、成型和烧结，湿磨球料比为(4.5-6)：1，湿磨机转速为30-40转/min，研磨时间28～45小时；混合料干燥，成型毛坯采用1400-1450℃低压烧结，烧结压力为58-100bar，保温时间为30-60min；合金中WC晶粒度为0.7～0.9μm，硬度为HV31730～1860，抗弯强度不小于4000N/mm2；该合金制作的刀具在耐磨性增加的同时也可保证足够的强度和韧性，在切削加工铸铁、铝合金、有色金属，及钢件的钻削领域，满足刀具高效率、高耐用度的要求，且能实现大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金及其制备方法，尤其是一种晶粒度在0.7～0.9μm范围，具有优良耐磨性、韧性及高抗弯强度，适用于钻、铰切削加工用高性能亚微细硬质合金及其制备方法。
背景技术
现代切削加工技术要求切削刀具高效率、高耐用度、高可靠性。硬质合金以其高硬度和高强度在切削工具领域有着广泛的用途，随着亚微细、超细硬质合金的出现，其较普通硬质合金独有的“双高”特性，使其在切削领域得到广泛工业化应用。亚微细、超细硬质合金依Co含量的不同及晶粒度的不同，具有不同的材质特性，可适合应用于不同切削加工对象领域，在相同Co含量的情况下，合金晶粒度越细，合金硬度、抗弯强度越高，但断裂韧性(KiC)、热导率变差。因此，在设计牌号时，应针对不同切削加工领域，根据其对刀具材料的不同要求进行综合权衡和取舍。
在切削加工铸铁、铝合金、有色金属，及钢件的钻削领域，现代切削加工技术要求刀具材料在保证足够韧性的基础上，耐磨性要好。目前YG8、YG6X、YL10.2等类似牌号得到大规模工业化应用，其中YG8属含钴8％中颗粒WC牌号，YG6X属含钴6％细颗粒WC添加少量抑制剂TaC的牌号，YL10.2属含钴10％亚微细WC添加少量Cr3C2的牌号。以上牌号硬度均不超过HV31650，其耐磨性无法满足现代切削加工技术要求。
中国专利申请“一种超细晶WC-Co硬质合金制备方法(200710120263.6)”中提及的超细晶WC-Co硬质合金制备方法，由于其采用的超高压烧结方法，且烧结时间仅60-120秒，使得WC晶粒晶形生长不完整、不利于WC晶粒内部缺陷消除；采用六面顶超高压烧结设备，难于制造复杂或特定形状的硬质合金产品，且单批产量低、不能适应多型号、高效率、大规模的现代工业化生产，且至今未见工业化应用报道。
中国专利申请“超细晶粒硬质合金材料(200410045029.8)”中提及的超细晶粒硬质合金材料，在切削加工铸铁、铝合金、有色金属，尤其是钢件的钻削领域，由于该硬质合金材料晶粒度(0.5μm)过细，虽然硬度能满足要求，但其断裂韧性(Kic)不足，使用过程中易导致刀具崩刀折损。
发明内容
本发明的目的是提供一种亚微细硬质合金及其制备方法，使得亚微细硬质合金中WC平均晶粒度达到(0.7～0.9)μm，且硬度为HV31730～1860，抗弯强度不小于4000N/mm2。应用该亚微细硬质合金制作的刀具在耐磨性增加的同时也可保证足够的强度和韧性，在切削加工铸铁、铝合金、有色金属，及钢件的钻削领域，满足现代切削加工技术对刀具高效率、高耐用度的要求，且能实现大规模工业化生产。
本发明的亚微细硬质合金，该合金的成分及重量百分比为：
Co：(7～9)％，
Cr3C2：(0.2～0.5)％，
VC：(0.1～0.4)％，
WC：余量，且费氏粒度为0.7～0.9μm。
所述的亚微细硬质合金的制备方法，包括配料、湿磨、干燥、成型和烧结，配料采用重量百分比为(7～9)％的Co粉、(0.2～0.5)％的Cr3C2粉、(0.1～0.4)％的VC粉，余量为费氏粒度0.7～0.9μm的WC粉；将上述原料粉末在球磨机内进行湿磨，球料比为(4.5-6)∶1，球磨机转速为30-40转/min，研磨时间28～45小时；混合料干燥后经成型工序制备成毛坯，再采用1400-1450℃低压烧结，烧结压力为58-100bar，保温时间为30-60min。
所述湿磨介质为乙醇、丙酮或己烷，成型剂为聚乙二醇或石蜡。
本发明由于选用适量的Cr3C2、VC作晶粒抑制剂，采用合适的湿磨介质与球料比、球磨机转速、研磨时间等工艺参数，以及合适的低压烧结工艺参数，可使得WC晶粒不长大，平均晶粒度保持(0.7～0.9)μm，且WC晶粒生长完整而缺陷少，合金密度可以达到理论密度，其硬度达到HV3：1730～1860，提高了其耐磨性，硬质合金抗弯强度≥4000N/mm2(φ3.25*38.5mm标准试样)，且大规模工业化生产的硬质合金，其WC晶粒也不长大，WC平均晶粒度依然维持(0.7～0.9)μm这一亚微细粒度指标，且其硬度HV3≥1730，抗弯强度≥4000N/mm2。使用本发明的亚微细硬质合金制作的刀具，具有高的耐磨性和较高的韧性，在切削加工铸铁、铝合金、有色金属，及钢件的钻削领域具有很高的切削效率和使用寿命，能够满足现代切削加工技术对刀具高效率、高耐用度的要求。
附图说明
图1是本发明的亚微细硬质合金的扫描电镜照片(X5000)；
图2是本发明的亚微细硬质合金与国内外常用牌号硬质合金制作的麻花钻在钻削铸铁时钻削长度比较示意图。
具体实施方式
实施例1：配料时，原料粉末组成为——8wt％的Co粉(费氏粒度1.0μm)、0.4wt％的Cr3C2粉、0.25wt％的VC粉，余量为0.8μm的WC粉。乙醇作为研磨介质，聚乙二醇作为成型剂，采用5∶1的球料比，球磨机转速为36转/min，研磨30h，喷雾干燥制得混合料，成型后采用1410℃低压烧结，烧结压力为75bar，保温时间为56min，制得的亚微细硬质合金，其金相如图1所示(以下实施例同)，晶粒度为0.8μm，WC晶粒生长完整而缺陷少，且其HV3为1780，φ3.25*38.5mm标准试样(以下实施例同)抗弯强度为4320N/mm2。
实施例2：配料时，原料粉末组成为——7.2wt％的Co粉(费氏粒度1.5μm)、0.5wt％的Cr3C2粉、0.4wt％的VC粉，余量为0.7μm的WC粉。丙酮作为研磨介质，石蜡作为成型剂，采用6∶1的球料比，球磨机转速为40转/min，研磨45h，喷雾干燥制得混合料，成型后采用1400℃低压烧结，烧结压力为100bar，保温时间为30min，制得的亚微细硬质合金，晶粒度为0.7μm，WC晶粒生长完整而缺陷少，且其HV3为1860，抗弯强度为4130N/mm2。
实施例3：配料时，原料粉末组成为——8.8wt％的Co粉(费氏粒度1.3μm)、0.25wt％的Cr3C2粉、0.15wt％的VC粉，余量为0.9μm的WC粉。己烷作为研磨介质，石蜡作为成型剂，采用4.5∶1的球料比，球磨机转速为30转/min，研磨28h，喷雾干燥制得混合料，成型后采用1450℃低压烧结，烧结压力为58bar，保温时间为50min，制得的亚微细硬质合金，晶粒度为0.9μm，WC晶粒生长完整而缺陷少，且其HV3为1740，抗弯强度为4650N/mm2。
实施例4：配料时，原料粉末组成为——8.1wt％的Co粉(费氏粒度1.3μm)、0.3wt％的Cr3C2粉、0.25wt％的VC粉，余量为0.8μm的WC粉。乙醇作为研磨介质，聚乙二醇作为成型剂，采用5∶1的球料比，球磨机转速为34转/min，研磨32h，喷雾干燥制得混合料，成型后采用1430℃低压烧结，烧结压力为90bar，保温时间为40min，制得的亚微细硬质合金，晶粒度为0.8μm，WC晶粒生长完整而缺陷少，且其HV3为1770，抗弯强度为4710N/mm2。
实施例5：配料时，原料粉末组成为——8.1wt％的Co粉(费氏粒度1.3μm)、0.3wt％的Cr3C2粉、0.25wt％的VC粉，余量为0.8μm的WC粉。乙醇作为研磨介质，聚乙二醇作为成型剂，采用5∶1的球料比，球磨机转速为38转/min，研磨32h，喷雾干燥制得混合料，成型后采用1440℃低压烧结，烧结压力为80bar，保温时间为60min，制得的亚微细硬质合金，晶粒度为0.8μm，WC晶粒生长完整而缺陷少，且其HV3为1740，抗弯强度为4570N/mm2。
将本发明的亚微细硬质合金，以及国内外常用牌号硬质合金制作的麻花钻，在相同切削速度、进给量和孔深下，各自在钻削灰口铸铁时的钻削长度如图2所示。由图2知，本发明的亚微细硬质合金的钻削长度大大超过其他牌号，满足了现代切削加工技术对刀具高效率、高耐用度的要求。
Claims (3)
1.一种亚微细硬质合金，其特征在于：该合金的成分及重量百分比为：
Co：(7～9)％，
Cr3C2：(0.2～0.5)％，
VC：(0.1～0.4)％，
WC：余量，且费氏粒度为0.7～0.9μm。
2.一种如权利要求1所述亚微细硬质合金的制备方法，包括配料、湿磨、干燥、成型和烧结，其特征在于：配料采用重量百分比为(7～9)％的Co粉、(0.2～0.5)％的Cr3C2粉、(0.1～0.4)％的VC粉，余量为费氏粒度0.7～0.9μm的WC粉；将上述原料粉末在球磨机内进行湿磨，球料比为(4.5-6)∶1，球磨机转速为30-40转/min，研磨时间28～45小时；混合料干燥后经成型工序制备成毛坯，再采用1400-1450℃低压烧结，烧结压力为58-100bar，保温时间为30-60min。
3.根据权利要求2所述的亚微细硬质合金的制备方法，其特征在于：所述湿磨介质为乙醇、丙酮或己烷，所述成型剂为聚乙二醇或石蜡。
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